JP5749904B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、過充電下においても安全な非水系電解液二次電池を実現し得る、特定の非水系電解液二次電池用セパレータと非水系電解液の組み合わせを用いた非水系電解液二次電池に関するものである。   The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery using a combination of a specific non-aqueous electrolyte secondary battery separator and a non-aqueous electrolyte that can realize a safe non-aqueous electrolyte secondary battery even under overcharge. It relates to batteries.

リチウム二次電池は、コバルト酸リチウムに代表されるリチウム化合物などの正極活物質を含有する活物質層を集電体上に形成させた正極と、黒鉛などに代表されるリチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料などの負極活物質を含有する活物質層を集電体上に形成させた負極と、LiPF6等のリチウム塩等の電解質を非プロトン性の非水系溶媒に溶解した非水系電解液と、高分子多孔質膜からなるセパレータとから構成され、高いエネルギー密度を持ちながら軽量であることに特徴がある。 A lithium secondary battery has a positive electrode in which an active material layer containing a positive electrode active material such as a lithium compound typified by lithium cobaltate is formed on a current collector, and occlusion / release of lithium typified by graphite. Non-aqueous electrolysis in which an active material layer containing a negative electrode active material such as a carbon material is formed on a current collector and an electrolyte such as a lithium salt such as LiPF 6 is dissolved in an aprotic non-aqueous solvent It is composed of a liquid and a separator made of a polymer porous membrane, and is characterized by being lightweight while having a high energy density.

リチウム二次電池は、この特徴を生かして、近年の電気製品の軽量化、小型化に伴ない、携帯電話やノート型パーソナルコンピューター、電動工具などの広い分野で使用されるに至っている。特に最近の地球温暖化問題に対する世界的な関心の高まりを背景に、自動車業界では電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、そのキーデバイスとなる高容量、高出力のリチウム二次電池の開発が盛んに行われている。   Taking advantage of this feature, lithium secondary batteries have come to be used in a wide range of fields such as mobile phones, notebook personal computers, electric tools, etc., as electric products have become lighter and smaller in recent years. In particular, against the backdrop of the recent growing global interest in global warming, the automobile industry has been expected to reduce carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). Development of high-capacity, high-power lithium secondary batteries that are key devices is actively underway.

EV用あるいはHEV用リチウム二次電池は、モーター駆動のために数百ボルトの高電圧を要するため、多数の単セルを直列に接続して必要な高電圧を作り出している。この際に組み立てや管理の便のために、通常は数個から10個程度の単セルを直列に接続して構成されたモジュール電池を作成し、複数のモジュール電池を組み合わせて全体の電池システムを構築している。電池の入出力等の制御は通常はモジュール電池単位で行うため、数十Vの電圧がモジュール電池に印加されることになるが、モジュール電池の中に不良セルが混在した場合、最悪の事態としては1個の単セルにモジュール電池全体の数十Vの電圧が印加される極端な過充電状態から、内部短絡、熱暴走、他の正常な電池への熱暴走波及にいたる状況が想定される。また複数の電池を直列に接続する際の配線ミスや、充電器の誤作動、交通事故などによる電池の破損などでも同様の事態が発生する。このような事態を防止する最も効果的な方法は、単セルを個別に監視・制御することであるが、制御の煩雑さやコスト面から現実的な方法ではなく、過充電状態に対して耐性を有するような材料系が強く求められている。   Since the lithium secondary battery for EV or HEV requires a high voltage of several hundred volts for driving the motor, a large number of single cells are connected in series to produce a necessary high voltage. At this time, for the convenience of assembly and management, a module battery is usually constructed by connecting several to 10 single cells in series, and a plurality of module batteries are combined to form an overall battery system. Is building. Since battery input / output control is normally performed in module battery units, a voltage of several tens of volts is applied to the module battery. However, if there are defective cells in the module battery, Is assumed to be a situation from an extreme overcharged state in which a voltage of several tens of volts of the entire module battery is applied to one single cell, to an internal short circuit, thermal runaway, and thermal runaway to other normal batteries. . The same situation also occurs when a battery is mistaken when connecting a plurality of batteries in series, when a battery malfunctions, or when a battery is damaged due to a traffic accident. The most effective way to prevent this situation is to individually monitor and control a single cell, but it is not a practical method due to the complexity and cost of control, and it is resistant to overcharged conditions. There is a strong demand for such a material system.

過充電状態に対する対策としては、特許文献1に示すように、電解液中に過充電防止剤を添加する方法が従来より用いられている。これらの手法は、電池の上限電圧値以上の酸化電位を有する化合物を過充電防止剤として電解液中に添加し、過充電状態となった際に上記化合物が酸化重合して活物質表面に高抵抗の被膜を形成することで過充電電流を抑えて過充電の進行を止める、または重合反応によって発生するガスや熱による内圧、温度変化を感知し充電を止める方法である。しかしながら過充電防止剤として使用される化合物はその目的上、電気化学的、化学的に活性な物質が多く、電解液中に多量に加えると電池の通常の使用条件においても反応を起こすことがあり、電池の抵抗の増加や容量の低下を引き起こす原因となる。一方で、その添加量を少なくすると大電流が流れるEV用あるいはHEV用リチウム二次電池においては、過充電時に消費可能な電流量が小さくなり充分な効果を挙げることが困難となる。   As a countermeasure against the overcharged state, as shown in Patent Document 1, a method of adding an overcharge preventing agent to the electrolytic solution has been conventionally used. In these methods, a compound having an oxidation potential equal to or higher than the upper limit voltage value of the battery is added to the electrolyte as an overcharge inhibitor, and when the overcharged state is reached, the compound is oxidized and polymerized to increase the active material surface. In this method, the overcharge current is suppressed by forming a resistance film to stop the progress of overcharge, or the charge is stopped by detecting changes in internal pressure and temperature due to gas or heat generated by the polymerization reaction. However, many of the compounds used as overcharge inhibitors are electrochemically and chemically active substances for that purpose, and when added in large amounts in the electrolyte, they may react even under normal battery usage conditions. This causes an increase in battery resistance and a decrease in capacity. On the other hand, if the amount of addition is reduced, in a lithium secondary battery for EV or HEV in which a large current flows, the amount of current that can be consumed at the time of overcharging becomes small, making it difficult to obtain a sufficient effect.

また携帯機器用途の電池における充電上限電圧は通常4V乃至16V程度であるのに対してEV用あるいはHEV用電池モジュールの充電上限電圧は20V乃至、数百Vであり、上述のように不良電池の混入により極端な過充電状態に至ると急激に反応が進行し過充電防止剤による被膜も容易に分解されてしまうため、過充電防止剤単独では安全性を確保することは困難である。   In addition, the charging upper limit voltage in a battery for portable devices is usually about 4V to 16V, while the charging upper limit voltage of the battery module for EV or HEV is 20V to several hundreds V. When an extreme overcharged state is caused by mixing, the reaction proceeds rapidly and the coating with the overcharge preventing agent is easily decomposed. Therefore, it is difficult to ensure safety with the overcharge preventing agent alone.

一方、電池の過充電対策とは別に、セパレータに導電性を持たせることによりリチウムイオン電池の短絡を防止する試みがなされており、このような技術としては、例えば特許文献2〜5などが挙げられる。また特許文献6および7ではセパレータに導電性を持たせることでサイクル特性を改善する技術が開示されている。特許文献8ではグラファイト等を分散したアクリル系粘着材をセパレータに塗布することで電極との密着性を高めて巻きずれを防止する技術が開示されている。特許文献9ではセパレータに金属粒子を塗布して過充電にて発生するガスを吸着させることで安全性を高める技術が開示されている。   On the other hand, apart from measures against overcharging of batteries, attempts have been made to prevent short-circuiting of lithium ion batteries by imparting conductivity to separators. Examples of such techniques include Patent Documents 2 to 5 and the like. It is done. Patent Documents 6 and 7 disclose techniques for improving cycle characteristics by imparting conductivity to a separator. Patent Document 8 discloses a technique for preventing winding slippage by applying an acrylic pressure-sensitive adhesive material in which graphite or the like is dispersed to a separator so as to improve adhesion with an electrode. Patent Document 9 discloses a technique for improving safety by applying metal particles to a separator and adsorbing a gas generated by overcharging.

特許文献2には、セパレータ表面に帯電防止剤を混入又は塗布又はスプレーすることにより、セパレータに帯電防止性を持たせて、電池製造工程における活物質などの導電性微粒子の静電気による付着を防止して、微粒子の貫通による短絡を防止する技術が開示されている。しかしながら、帯電防止剤は一般に空気中の水分を吸着して遊離するイオンを利用して帯電防止を行うものであり、基本的に水分を排除する非水系電解液二次電池においてはその効力を発揮し得ないものであった。即ち、この方法で得られたセパレータを非水系電解液二次電池に用いても、表面に導電性を有するセパレータとしては機能しない。   In Patent Document 2, an antistatic agent is mixed or applied or sprayed on the separator surface to make the separator antistatic and prevent the adhesion of conductive fine particles such as active materials in the battery manufacturing process due to static electricity. Thus, a technique for preventing a short circuit due to penetration of fine particles is disclosed. However, antistatic agents are generally used to prevent charge by using ions that adsorb and liberate moisture in the air, and are basically effective in non-aqueous electrolyte secondary batteries that exclude moisture. It was impossible. That is, even if the separator obtained by this method is used for a non-aqueous electrolyte secondary battery, it does not function as a separator having conductivity on the surface.

特許文献3には、セパレータ表面にLi、Na又はKからなるアルカリ金属粉末層を形成して非可逆特性を改善する技術が開示されている。しかしながら、周知のようにアルカリ金属は反応性に富む金属であり、容易に空気中の酸素や水分と反応するため、セパレータ表面にこのような金属粉末層を形成することは、安全上、大きな問題がある。
特許文献3でも、安全性に関する問題が指摘されており、その解決手段としてアルカリ金属の高分子コーティング等が挙げられているが、高分子コーティングを行えば金属の持つ導電性は阻害されるため、表面に導電性を有するセパレータを形成し得ない。
Patent Document 3 discloses a technique for improving irreversible characteristics by forming an alkali metal powder layer made of Li, Na, or K on the separator surface. However, as is well known, an alkali metal is a highly reactive metal and easily reacts with oxygen and moisture in the air, so forming such a metal powder layer on the separator surface is a big problem for safety. There is.
Even in Patent Document 3, a problem regarding safety is pointed out, and as a means for solving the problem, an alkali metal polymer coating or the like is mentioned, but if the polymer coating is performed, the conductivity of the metal is inhibited, A conductive separator cannot be formed on the surface.

特許文献4には、熱可塑性樹脂と導電性充填剤を含む樹脂組成物を延伸してなるセパレータが開示されているが、特許文献4が開示する技術は、通常電池を使用する条件下では、セパレータ内の導電性充填剤間の距離が充分大きいためセパレータは非導電性であり、内部短絡などの異常時にはセパレータが熱収縮して導電性充填剤同士が接触して導電パスを形成し(シャットダウン効果)、速やかに電池の残存容量を放電して安全ならしめるものである。即ち、特許文献4のセパレータは、通常の電池使用時には、表面はもとより全体として導電性を有さない。   Patent Document 4 discloses a separator formed by stretching a resin composition containing a thermoplastic resin and a conductive filler. However, the technique disclosed in Patent Document 4 is generally used under the condition of using a battery. The separator is non-conductive because the distance between the conductive fillers in the separator is sufficiently large, and when there is an abnormality such as an internal short circuit, the separator thermally contracts and the conductive fillers contact each other to form a conductive path (shutdown) (Effect), the remaining capacity of the battery is quickly discharged to make it safe. That is, the separator of Patent Document 4 does not have conductivity as a whole as well as the surface when a normal battery is used.

特許文献5には、セパレータの厚み方向の熱伝導率を高める手法の1つとして、導電性粒子を含有する電気伝導層、および非導電性粒子を含有する電気絶縁層を有する多層多孔質膜が開示されている。しかし、セパレータの熱伝導率を高めるためには、これらの粒子が互いにパーコレーションを形成する必要があり、そのために特許文献5では充填剤を多量に添加する必要性を述べているが、充填剤を多量に含む高分子フィルムは一般に可撓性が低下して脆くなる傾向がある。一方、周知のように非水系電解液二次電池の活物質、特に負極活物質はリチウムの吸蔵により体積が膨張するため、セパレータに大きな圧力が掛かっている。特に、過充電状態では活物質の体積膨張が一層促進され、通常の電池使用状態よりもさらに大きな圧力がセパレータに掛かるため、特許文献5に開示される強度的に脆いセパレータでは、過充電状態で内部短絡を起こす可能性が高いという不具合がある。過充電状態における活物質の体積膨張による短絡を防止するには通常少なくとも250g以上の突刺強度が必要であり、好ましくは300g以上、より好ましくは350g以上が必要である。また特許文献5は電気導電層の厚みについてセパレータ全体の2/3以上が好ましいとしているが、導電層の厚みが厚いと集電体として機能することがあり、セパレータ表面を大きな充放電電流が流れてそのジュール発熱によりセパレータの熱劣化が早まるという不具合がある。   Patent Document 5 discloses a multilayer porous membrane having an electrically conductive layer containing conductive particles and an electrically insulating layer containing non-conductive particles as one method for increasing the thermal conductivity in the thickness direction of the separator. It is disclosed. However, in order to increase the thermal conductivity of the separator, these particles need to form a percolation with each other. For this reason, Patent Document 5 describes the necessity of adding a large amount of filler. A polymer film containing a large amount generally tends to be fragile due to a decrease in flexibility. On the other hand, as is well known, the active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, in particular, the negative electrode active material expands in volume due to occlusion of lithium, and thus a large pressure is applied to the separator. In particular, since the volume expansion of the active material is further promoted in the overcharged state, and a pressure higher than that in the normal battery use state is applied to the separator, the strength brittle separator disclosed in Patent Document 5 is in the overcharged state. There is a problem that the possibility of causing an internal short circuit is high. In order to prevent a short circuit due to volume expansion of the active material in an overcharged state, usually a puncture strength of at least 250 g is required, preferably 300 g or more, more preferably 350 g or more. Patent Document 5 states that the thickness of the electrically conductive layer is preferably 2/3 or more of the entire separator, but if the thickness of the electrically conductive layer is thick, it may function as a current collector, and a large charge / discharge current flows on the separator surface. There is a problem that the heat deterioration of the separator is accelerated by the Joule heat generation.

特許文献6ではセパレータ表面に導電性を持たせて、正電極導電体(集電体)の導電性能が悪化するときにセパレータ表面の導電層が正電極導電体(集電体)として作用することにより電池のサイクル寿命を延ばす機能を有するセパレータが開示されている。しかしながら特許文献6に開示されるようにセパレータ表面の導電層が正電極導電体(集電体)として作用するということは通常の電池の使用状況でもセパレータ表面を大きな充放電電流が流れていることであり、そのジュール発熱によりセパレータの熱劣化が進行するという不具合がある。   In Patent Document 6, the separator surface has conductivity, and the conductive layer on the separator surface acts as a positive electrode conductor (current collector) when the conductivity performance of the positive electrode conductor (current collector) deteriorates. Discloses a separator having a function of extending the cycle life of the battery. However, as disclosed in Patent Document 6, the fact that the conductive layer on the separator surface acts as a positive electrode conductor (current collector) means that a large charge / discharge current flows on the separator surface even under normal battery usage conditions. There is a problem that the thermal degradation of the separator proceeds due to the Joule heat generation.

特許文献7ではセパレータ表面に設けた導電性皮膜上に活物質を塗布してセパレータと電極を一体化することで、電極を薄く構成し電極同士の対向面積を広くし、電流密度を小さくして負極の消耗速度を抑えてサイクル寿命を向上させる技術が開示されている。しかしながら特許文献7に開示されるようにセパレータの一方の表面に導電性皮膜を形成して集電体として、その上に活物質を主体とするペーストを塗布した場合、ペーストの溶媒はセパレータに浸透するため溶媒に溶解しているバインダー樹脂もセパレータに浸透してセパレータの微細孔を閉塞して電池性能を低下させるという問題がある。また基材としてマイクロポーラスフィルムの代わりに不織布や織布を用いた場合は、活物質も基材に浸透して厚み方向に貫通してしまう危険性がある。また導電性皮膜が集電体として働くため、セパレータ表面を大きな充放電電流が流れて、そのジュール発熱によりセパレータの熱劣化が進行するという不具合がある。また非特許文献1に記されている通り、通常電極は塗布、乾燥後にロールプレスによる圧縮を行い厚みの均一化、表面の平滑化、集電体からの剥離防止を行うが、特許文献7に開示されるセパレータと電極の一体化物ではプレスを行うことでセパレータの変形や微細孔の潰れ、あるいは活物質によるセパレータの突き破り等の危険性があってプレスを行うことは困難であり、非特許文献1に記されている通り歩留まりが低下するという問題がある。さらに正極活物質として用いられるリチウム遷移金属複合酸化物は、高い電気抵抗を有している。したがって、このリチウム遷移金属複合酸化物のみで正極を形成した場合には導電性が不充分であるのでリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いる場合には、アセチレンブラック、カーボンブラック、天然黒鉛および人造黒鉛の微粒子などの導電剤を添加することによって導電性を確保しているが、プレスを行わない場合、導電パスが充分に形成されず電池性能が低下するという問題がある。   In Patent Document 7, the active material is applied on the conductive film provided on the separator surface and the separator and the electrode are integrated, so that the electrodes are thinned, the opposing area between the electrodes is widened, and the current density is reduced. A technique for improving the cycle life by suppressing the consumption rate of the negative electrode is disclosed. However, as disclosed in Patent Document 7, when a conductive film is formed on one surface of a separator and a paste mainly composed of an active material is applied thereon as a current collector, the solvent of the paste penetrates the separator. Therefore, there is a problem that the binder resin dissolved in the solvent also penetrates into the separator and closes the fine pores of the separator to deteriorate the battery performance. Further, when a non-woven fabric or a woven fabric is used as the substrate instead of the microporous film, there is a risk that the active material penetrates the substrate and penetrates in the thickness direction. In addition, since the conductive film acts as a current collector, a large charge / discharge current flows on the separator surface, and there is a problem that the thermal degradation of the separator proceeds due to the Joule heat generation. In addition, as described in Non-Patent Document 1, a normal electrode is applied and dried and then compressed by a roll press to make the thickness uniform, smooth the surface, and prevent peeling from the current collector. It is difficult to press with the disclosed separator and electrode integrated product because there is a risk of deformation of the separator, crushing of fine pores, or breakage of the separator due to the active material. As described in 1, there is a problem that the yield decreases. Furthermore, the lithium transition metal composite oxide used as the positive electrode active material has high electrical resistance. Therefore, when the positive electrode is formed only with this lithium transition metal composite oxide, the conductivity is insufficient. Therefore, when the lithium transition metal composite oxide is used as the positive electrode active material, acetylene black, carbon black, natural graphite In addition, the conductivity is ensured by adding a conductive agent such as fine particles of artificial graphite. However, when the pressing is not performed, there is a problem that the conductive performance is not sufficiently formed and the battery performance is deteriorated.

特許文献8ではセパレータ表面に黒鉛またはグラファイトを分散したアクリル系粘着剤を塗布してセパレータと電極との密着性を高めて巻きずれを防止する技術が開示されている。しかしながら充分な接着力の発現のためには接着剤層の厚みを5μm以上にすることが必要であり、他の特許文献と同様に接着剤層が集電体として機能してセパレータ表面を大充放電電流が流れてセパレータの熱劣化を進行させるという不具合がある。また、接着剤層の厚みが5μm以上であると、通気性を阻害する要因となる場合がある。   Patent Document 8 discloses a technique for preventing winding slippage by applying graphite or an acrylic pressure-sensitive adhesive in which graphite is dispersed on the separator surface to enhance the adhesion between the separator and the electrode. However, in order to develop sufficient adhesive strength, the thickness of the adhesive layer needs to be 5 μm or more, and like other patent documents, the adhesive layer functions as a current collector to greatly increase the separator surface. There is a problem that the discharge current flows and the thermal deterioration of the separator proceeds. Further, if the thickness of the adhesive layer is 5 μm or more, it may be a factor that impairs air permeability.

特許文献9には正極に対向するセパレータ表面にTi,Al,Sn,Bi,Cu,Si,Ga,W,Zr,B,Mo等を被覆したセパレータを用いることで、過充電状態で発生した酸素ガスを吸収して発火、爆発を抑制する技術が開示されている。しかしながら正極より発生する酸素ガスを充分に吸収するためには正極活物質と同程度の量の金属で被覆する必要があり、金属の酸化反応が一般に発熱反応であることから、セパレータの熱収縮やメルトダウン等が生じる危険性が高いという問題がある。特許文献9では1.5〜2.5Cの比較的低速な充電速度を取ることによってこの課題を回避しているが、より高速な放電速度に対しては充分に対処し得ないものであった。特許文献9に開示される技術は安全性を考慮した場合、上述のように金属被覆層の厚みが重要となるがこれらについて記述はなく電池の安全向上に関して不充分なものであった。   In Patent Document 9, oxygen is generated in an overcharged state by using a separator whose surface is opposite to the positive electrode and coated with Ti, Al, Sn, Bi, Cu, Si, Ga, W, Zr, B, Mo, or the like. A technique for suppressing ignition and explosion by absorbing gas is disclosed. However, in order to sufficiently absorb the oxygen gas generated from the positive electrode, it is necessary to coat with the same amount of metal as the positive electrode active material, and since the metal oxidation reaction is generally an exothermic reaction, There is a problem that the risk of meltdown and the like is high. In Patent Document 9, this problem is avoided by taking a relatively low charging speed of 1.5 to 2.5 C, but it cannot sufficiently cope with a higher discharging speed. . In the technology disclosed in Patent Document 9, when the safety is taken into consideration, the thickness of the metal coating layer is important as described above, but there is no description about these, and the safety improvement of the battery is insufficient.

一方、電池の安定性を高めるために電解液にフッ素原子を有するカーボネート類(これを以下、「フッ素化カーボネート」と略記する場合がある)を用いる技術が知られている(特許文献10〜14)。これらの文献にはフッ素化カーボネートの添加により電池の熱安定性を向上させ、安全性能を向上させることが記載されている。但し、EV用あるいはHEV用電池モジュールに用いられる、充電上限電圧が20V乃至数百Vとなる場合の過充電に関する検討は行われていない。   On the other hand, in order to improve the stability of the battery, a technique using a carbonate having a fluorine atom in the electrolytic solution (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated carbonate”) is known (Patent Documents 10 to 14). ). These documents describe that the addition of fluorinated carbonate improves the thermal stability of the battery and improves the safety performance. However, no investigation has been made on overcharging when the upper limit charging voltage used in EV or HEV battery modules is 20V to several hundreds of volts.

また二次電池のサイクルに伴う容量低下や高温での信頼性の低下を抑制し、且つ動作電圧を高める技術として、ハロゲン置換炭酸エステルを添加する技術が知られている(特許文献15)。この文献にはハロゲン置換炭酸エステルの添加により電池が高い電位にあっても安定に動作すると記載されている。しかしながら、この文献で実施されている高電位とは4.8Vであり、EV用あるいはHEV用電池モジュールに用いられるような、充電上限電圧が20V乃至数百Vとなる場合への過充電防止についてはなんら検討されていない。   In addition, as a technique for suppressing a decrease in capacity and a decrease in reliability at a high temperature due to a cycle of a secondary battery and increasing an operating voltage, a technique of adding a halogen-substituted carbonate is known (Patent Document 15). This document describes that the addition of a halogen-substituted carbonate ester enables stable operation even when the battery is at a high potential. However, the high potential implemented in this document is 4.8V, and overcharge prevention when the upper limit of charging voltage is 20V to several hundreds V as used in battery modules for EV or HEV. Has not been studied at all.

上述したように、EV用あるいはHEV用の電池モジュールにおいては数十V以上の電圧下で反応して過充電反応を抑制するような新技術が求められているが、これを満足する技術は未だ見出されていない。   As described above, in the battery module for EV or HEV, there is a demand for a new technology that reacts under a voltage of several tens of volts or more to suppress an overcharge reaction, but a technology that satisfies this is still available. Not found.

特開2003−297423号公報JP 2003-297423 A 特開平10−154499号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-154499 特開2005−317551号公報JP 2005-317551 A 特許第4145087号公報Japanese Patent No. 4145087 特開2006−269358号公報JP 2006-269358 A 特開2008−84866号公報JP 2008-84866 A 特開平5−21069号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-21069 特開平11−213980号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-213980 特開平11−16566号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-16666 特開2008−192504号公報JP 2008-192504 A 特開2005−38722号公報JP 2005-38722 A 特開2008−257988号公報JP 2008-255798 A 特開2009−163939号公報JP 2009-163939 A 特開2010−10078号公報JP 2010-10078 A 特開2004−241339号公報JP 2004-241339 A

リチウムイオン二次電池(第2版)日刊工業新聞社発行、2000年1月27日、174頁Lithium ion secondary battery (2nd edition), published by Nikkan Kogyo Shimbun, January 27, 2000, page 174

本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、モジュール電池の中に不良セルが混在して1個乃至少数の単セルにモジュール電池全体の数十Vの電圧が印加されるような過充電状態に至っても、短絡、爆発を防止しうる、安全性の高い非水系電解液二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, in which defective cells are mixed in a module battery, and a voltage of several tens of volts of the entire module battery is applied to one or a few single cells. An object of the present invention is to provide a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery that can prevent a short circuit and an explosion even if it reaches an overcharged state.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、セパレータに導電層を設けるとともに特定の組成の電解液と組み合わせることで、耐過充電性を大幅に改善できることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the overcharge resistance can be greatly improved by providing a conductive layer on the separator and combining it with an electrolytic solution having a specific composition, and the present invention has been completed. I let you.

即ち、本発明の要旨は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、セパレータと、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該セパレータは厚み(セパレータの両表面に導電層が形成されている場合は両表面の導電層の合計の厚み)が15μm以下の導電層を有し、該導電層の見掛け体積抵抗率が1×10-4Ω・cm乃至1×106Ω・cmであり、かつ、該非水系電解液がフッ素化カーボネートを含有するものであることを特徴とする非水系電解液二次電池に存する。 That is, the gist of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent. The separator has a conductive layer having a thickness (the total thickness of the conductive layers on both surfaces when the conductive layers are formed on both surfaces of the separator) of 15 μm or less, and the apparent volume resistivity of the conductive layer is The non-aqueous electrolyte secondary battery is 1 × 10 −4 Ω · cm to 1 × 10 6 Ω · cm, and the non-aqueous electrolyte contains a fluorinated carbonate.

また、本発明の別の要旨は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、セパレータと、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該セパレータは厚み(セパレータの両表面に導電層が形成されている場合は両表面の導電層の合計の厚み)が15μm以下の導電層を有し、該導電層の体積抵
抗率が1×10-6Ω・cm乃至1×106Ω・cmであり、かつ、該非水系電解液がフッ素化カーボネートを含有するものであることを特徴とする非水系電解液二次電池に存する。
Another gist of the present invention is a non-aqueous electrolyte solution comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent. In the secondary battery, the separator has a conductive layer having a thickness of 15 μm or less (the total thickness of the conductive layers on both surfaces when conductive layers are formed on both surfaces of the separator) , and the volume resistivity of the conductive layer Is 1 × 10 −6 Ω · cm to 1 × 10 6 Ω · cm, and the non-aqueous electrolyte contains a fluorinated carbonate. .

また、本発明の別の要旨は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、セパレータと、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該セパレータは厚み(セパレータの両表面に導電層が形成されている場合は両表面の導電層の合計の厚み)が15μm以下の導電層を有し、該導電層の表面電気抵抗が1×10-2Ω乃至1×109Ωであり、かつ、該非水系電解液がフッ素化カーボネートを含有するものであることを特徴とする非水系電解液二次電池に存する。 Another gist of the present invention is a non-aqueous electrolyte solution comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent. In the secondary battery, the separator has a conductive layer having a thickness (the total thickness of the conductive layers on both surfaces in the case where the conductive layers are formed on both surfaces of the separator) of 15 μm or less. Is 1 × 10 −2 Ω to 1 × 10 9 Ω, and the non-aqueous electrolyte solution contains a fluorinated carbonate.

また、本発明の別の要旨は、上記非水系電解液二次電池を5個以上直列に連結してなり、満充電に20V以上の電圧を必要とする非水系電解液二次電池モジュールである。   Another gist of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery module in which five or more non-aqueous electrolyte secondary batteries are connected in series, and a voltage of 20 V or more is required for full charge. .

本発明によれば、セパレータが導電層を有し、かつ特定の電解液を用いることにより、モジュール電池の中に不良セルが混在して1個乃至少数の単セルにモジュール電池全体の数十Vの電圧が印加されるような過充電状態に至っても、短絡、爆発を防止しうる、安全性の高い非水系電解液二次電池が提供される。   According to the present invention, when the separator has a conductive layer and a specific electrolyte is used, defective cells are mixed in the module battery, and the module battery has several tens of volts in one or a few single cells. Thus, a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery that can prevent a short circuit and an explosion even when an overcharged state is applied is provided.

本発明の構成によって非水系電解液二次電池の耐過充電性を大幅に改善できる詳細な理由は明らかではないが、セパレータの表面または中間層に設けられた導電層が、過充電状態における電池内部の電界に、何らかの影響を与えて短絡を起こしにくくすると同時に、フッ素化カーボネートの存在が過充電状態で集電体表面の不働態化を著しく促進、あるいは緻密化することと関係していると推測される。特に不働態皮膜の生成反応は高電圧、高温環境下で促進されることから、過充電による電圧および温度の上昇が大きな影響を与えているものと推測される。またセパレータ表面に設けられた導電層は電池内部の電界に何らかの影響を与えるものと考えられるため、不働態皮膜の生成に対しても何らかの効果を持ち、その結果、相乗的な効果を生み出しているのではないかと推測される。また、不働態皮膜の形成は電池の内部抵抗を増大させ充電電流を抑制することから過充電状態における電池の安全性を高めているのではないかと推測される。   Although the detailed reason why the overcharge resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be greatly improved by the configuration of the present invention is not clear, the conductive layer provided on the separator surface or intermediate layer is a battery in an overcharged state. It is related to the fact that the presence of the fluorinated carbonate significantly promotes or densifies the passivation of the current collector surface in an overcharged state while causing some influence on the internal electric field and making it difficult to cause a short circuit. Guessed. In particular, since the formation reaction of the passive film is accelerated under high voltage and high temperature environment, it is presumed that the increase in voltage and temperature due to overcharging has a great influence. In addition, since the conductive layer provided on the separator surface is thought to have some influence on the electric field inside the battery, it has some effect on the generation of passive film, and as a result, it produces a synergistic effect. It is guessed that. In addition, since the formation of the passive film increases the internal resistance of the battery and suppresses the charging current, it is presumed that the safety of the battery in an overcharged state is enhanced.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明は、これらの具体的内容に限定はされず、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is limited to these specific contents. However, various modifications can be made within the scope of the invention.

本発明の非水系電解液二次電池は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、セパレータと、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池であって、用いられるセパレータが導電層を有すること、及び非水系電解液がフッ素化カーボネート含有することを特徴とする。   A non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte comprising a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent. In the liquid secondary battery, the separator used has a conductive layer, and the non-aqueous electrolyte contains a fluorinated carbonate.

[非水系電解液二次電池用セパレータ]
本発明の非水系電解液二次電池用セパレータは、導電層を有することを特徴とし、該導電層の見掛け体積抵抗率が1×10-4Ω・cm乃至1×106Ω・cmである。または、少なくとも一方の表面に導電層を有することを特徴とし、該導電層の体積抵抗率が1×10-6Ω・cm乃至1×106Ω・cmである。または、該セパレータは導電層を有することを特徴とし、該導電層の表面電気抵抗が1×10-2Ω乃至1×109Ωである。
[Separator for non-aqueous electrolyte secondary battery]
The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized by having a conductive layer, and the apparent volume resistivity of the conductive layer is 1 × 10 −4 Ω · cm to 1 × 10 6 Ω · cm. . Alternatively, a conductive layer is provided on at least one surface, and the volume resistivity of the conductive layer is 1 × 10 −6 Ω · cm to 1 × 10 6 Ω · cm. Alternatively, the separator has a conductive layer, and the surface electrical resistance of the conductive layer is 1 × 10 −2 Ω to 1 × 10 9 Ω.

{基材}
本発明のセパレータは、例えば、通常の非水系電解液二次電池で用いられるセパレータや、従来公知の方法で得られる多孔質フィルムや不織布を基材とし、この基材の少なくとも一方の表面に導電層を形成する、或いは、導電層を基材で挟み込み中間層として形成することにより製造することができ、この基材の構成材料や製法には特に制限はない。
{Base material}
The separator of the present invention has, for example, a separator used in a normal non-aqueous electrolyte secondary battery, a porous film or a nonwoven fabric obtained by a conventionally known method as a base material, and is electrically conductive on at least one surface of the base material. It can be manufactured by forming a layer or by sandwiching a conductive layer with a base material to form an intermediate layer, and there are no particular restrictions on the constituent materials and manufacturing method of this base material.

本発明のセパレータの基材となるセパレータ本体(従来のセパレータ)や多孔質フィルムを得る方法の例としては、具体的には、次のような方法が挙げられる。
(1) ポリオレフィン樹脂に、ポリオレフィン樹脂に対して相溶性があり後工程で抽出可能な低分子量物を加えて溶融混練、シート化を行い、延伸後又は延伸前に該低分子量物の抽出を行って多孔化する抽出法
(2) 結晶性樹脂を高ドラフト比でシート化して作成した高弾性シートに低温延伸と高温延伸を加えて多孔化する延伸法
(3) 熱可塑性樹脂に無機又は有機の充填剤を加えて溶融混練、シート化を行い、延伸により樹脂と充填剤の界面を剥離させて多孔化する界面剥離法
(4) ポリプロピレン樹脂にβ晶核剤を添加して溶融混練、シート化を行い、β晶を生成させたシートを延伸して結晶転移を利用して多孔化するβ晶核剤法
Specific examples of a method for obtaining a separator main body (conventional separator) or a porous film as a base material of the separator of the present invention include the following methods.
(1) A low molecular weight material that is compatible with the polyolefin resin and extractable in a later step is added to the polyolefin resin to perform melt kneading and sheeting, and the low molecular weight material is extracted after stretching or before stretching. (2) A stretching method in which a low-temperature stretch and a high-temperature stretch are added to a highly elastic sheet prepared by forming a crystalline resin into a sheet with a high draft ratio. (3) The thermoplastic resin is inorganic or organic. Interfacial exfoliation method in which filler is added to melt knead and sheet, and the interface between resin and filler is exfoliated by stretching to make it porous. (4) Addition of β crystal nucleating agent to polypropylene resin, melt knead and sheet The β crystal nucleating agent method, which stretches the sheet on which the β crystal is formed and makes it porous using the crystal transition

本発明の非水系電解液二次電池用セパレータの基材としては、より具体的には、後述の実施例で用いた従来の三層セパレータ(ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン)、あるいは抽出法による単層セパレータ(ポリエチレン)等が挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。   More specifically, the base material of the separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a conventional three-layer separator (polypropylene / polyethylene / polypropylene) used in Examples described later, or a single layer by an extraction method. Although a separator (polyethylene) etc. are mentioned, it is not limited to these at all.

{導電層}
<導電材>
本発明に係る導電層を構成する材料(以下、「導電材」と称す場合がある。)としては、導電性を有するものであれば良く、特に制限はないが、例えば、金属、炭素質材料を用いることができる。
{Conductive layer}
<Conductive material>
The material constituting the conductive layer according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “conductive material”) is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include metals and carbonaceous materials. Can be used.

導電材が金属である場合、非水系電解液二次電池組み立て時に正極に対向する導電層と負極に対向する導電層では、好適な金属材料の選定基準が異なる。
即ち、導電層が正極に対向する場合、導電層は高電位に曝されるため、酸化電位の高い金や白金又はその合金類が好ましく使用される。また、陽極酸化により不働態皮膜を生じるバルブ金属も好適に使うことができる。バルブ金属の例としてはアルミニウムやタングステン、モリブデン、チタン、タンタルなどが挙げられる。また、酸化クロムの皮膜を持つステンレス鋼も好適に用いることができる。
When the conductive material is a metal, the criteria for selecting a suitable metal material are different between the conductive layer facing the positive electrode and the conductive layer facing the negative electrode when the non-aqueous electrolyte secondary battery is assembled.
That is, when the conductive layer faces the positive electrode, the conductive layer is exposed to a high potential, so gold, platinum, or an alloy thereof having a high oxidation potential is preferably used. Moreover, the valve metal which produces a passive film by anodization can also be used suitably. Examples of the valve metal include aluminum, tungsten, molybdenum, titanium, and tantalum. Further, stainless steel having a chromium oxide film can also be suitably used.

負極に対向する導電層については、リチウムと合金を形成しない金属材料を選ぶ必要がある。そのような金属としては、銅やニッケル、チタン、鉄、モリブデン、あるいはクロム等が挙げられ、何れも好適に使用することができる。   For the conductive layer facing the negative electrode, it is necessary to select a metal material that does not form an alloy with lithium. Examples of such a metal include copper, nickel, titanium, iron, molybdenum, chromium, and the like, and any of them can be suitably used.

導電材が炭素質材料の場合、正極に対向する導電層と負極に対向する導電層に特段の差異はなく、黒鉛、カーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素微粒子あるいはカーボンナノチューブ等のナノカーボン材料の何れも好適に使用することができる。炭素質材料はその製法によって特に限定されるものではなく、黒鉛であれば天然黒鉛、人造黒鉛の何れも好適に使用することができる。また、カーボンブラックであれば、天然ガス、アセチレン、アントラセン、ナフタリン、コールタール、芳香族系石油留分などを不完全燃焼させて得られた黒色炭素粉末であるケッチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが何れも好適に使用される。   When the conductive material is a carbonaceous material, there is no particular difference between the conductive layer facing the positive electrode and the conductive layer facing the negative electrode, and amorphous carbon fine particles such as graphite, carbon black and needle coke, or nanocarbon materials such as carbon nanotubes Any of these can be suitably used. The carbonaceous material is not particularly limited by its production method, and any natural graphite or artificial graphite can be suitably used as long as it is graphite. For carbon black, ketjen black, channel black, furnace black are black carbon powders obtained by incomplete combustion of natural gas, acetylene, anthracene, naphthalene, coal tar, aromatic petroleum fractions, etc. Acetylene black, thermal black, lamp black and the like are all preferably used.

なお、導電材は1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。   In addition, a conductive material may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it.

<形成方法>
導電層の形成方法は特に制限されず公知の方法が用いられる。
一例を挙げれば、スパッタリングやイオンプレーティング、真空蒸着等の方法で前述の基材の少なくとも一方の表面に導電層を形成する方法が挙げられる。また、他の例としては、導電材をバインダー等と共に溶媒中に混合したスラリーを調製し、このスラリーをドクターブレード又はロールコータ、ダイコータ、その他ディッピングやスプレー法等などの公知の手法で基材の少なくとも一方の表面に塗布、乾燥して導電層を形成する方法が挙げられる。また、導電層をセパレータ内部に形成する場合には、片面に導電層を形成したセパレータに他の多孔質基材を積層して一体とする方法や、多層成形において内部の層に導電材を含有させる方法などが挙げられる。
<Formation method>
A method for forming the conductive layer is not particularly limited, and a known method is used.
As an example, a method of forming a conductive layer on at least one surface of the above-mentioned base material by a method such as sputtering, ion plating, or vacuum deposition may be mentioned. As another example, a slurry in which a conductive material is mixed in a solvent together with a binder or the like is prepared, and this slurry is applied to the substrate by a known method such as a doctor blade or a roll coater, a die coater, other dipping or spraying methods, The method of apply | coating to at least one surface and drying and forming a conductive layer is mentioned. In addition, when the conductive layer is formed inside the separator, a method in which another porous substrate is laminated and integrated with the separator having the conductive layer formed on one side, or a conductive material is contained in the inner layer in multilayer molding. The method of making it, etc. are mentioned.

上記塗布法により導電層を形成する場合、スラリーの調製に使用する溶媒やバインダー等は、導電材や基材を構成する樹脂に応じて任意に選びうるが、一例としてポリオレフィン製基材の表面に、導電材としてカーボンブラックを用いた導電層を塗布法により形成する場合、バインダーとしては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースナトリウム等の水溶性化合物の1種又は2種以上を用いることができ、また、溶媒としては水が好適に用いられる。従って、この場合には、ポリビニルアルコール水溶液、もしくは、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水溶液にカーボンブラックを分散させたスラリーをセパレータ表面に塗布して乾燥させることにより導電層が形成される。   When the conductive layer is formed by the above coating method, the solvent, binder, etc. used for the preparation of the slurry can be arbitrarily selected according to the conductive material and the resin constituting the base material, but as an example on the surface of the polyolefin base material In the case where a conductive layer using carbon black as a conductive material is formed by a coating method, as the binder, one or more water-soluble compounds such as polyvinyl alcohol and sodium carboxymethyl cellulose can be used. As water, water is preferably used. Therefore, in this case, the conductive layer is formed by applying a slurry in which carbon black is dispersed in an aqueous polyvinyl alcohol solution or an aqueous solution of sodium carboxymethyl cellulose to the separator surface and drying.

この、スラリー中の導電材の固形分濃度は通常1重量%以上であり、好ましくは3重量%以上、より好ましくは5重量%以上である。また、通常50重量%以下、好ましくは40重量%以下、より好ましくは30重量%以下である。導電材の固形分濃度が上記範囲である場合には、均一で塗布ムラのない塗布が可能となり、好ましい。   The solid content concentration of the conductive material in the slurry is usually 1% by weight or more, preferably 3% by weight or more, more preferably 5% by weight or more. Moreover, it is 50 weight% or less normally, Preferably it is 40 weight% or less, More preferably, it is 30 weight% or less. When the solid content concentration of the conductive material is within the above range, it is preferable because uniform and uniform coating can be achieved.

また、スラリー中のポリビニルアルコール等のバインダー含有量は、導電材100重量部に対して通常1重量部以上、好ましくは3重量部以上、より好ましくは5重量部以上である。また、通常50重量部以下、好ましくは35重量部以下、より好ましくは20重量部以下である。バインダーの含有量が上記範囲である場合には、導電層に適度な機械的強度、通気性、導電性を持たせることができ、好ましい。   Moreover, binder content, such as polyvinyl alcohol in a slurry, is 1 weight part or more normally with respect to 100 weight part of electrically conductive materials, Preferably it is 3 weight part or more, More preferably, it is 5 weight part or more. Further, it is usually 50 parts by weight or less, preferably 35 parts by weight or less, more preferably 20 parts by weight or less. When the content of the binder is in the above range, the conductive layer can have appropriate mechanical strength, air permeability, and conductivity, which is preferable.

<厚み>
導電層の厚み(一方の表面当たりの厚み)は、通常0.001μm以上、好ましくは0.003μm以上、より好ましくは0.005μm以上である。また、通常15μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。導電層の厚みが上記範囲にある場合には、耐過充電性の改善効果がより効果的に発揮され、好ましい。
<Thickness>
The thickness of the conductive layer (thickness per one surface) is usually 0.001 μm or more, preferably 0.003 μm or more, more preferably 0.005 μm or more. Moreover, it is 15 micrometers or less normally, Preferably it is 10 micrometers or less, More preferably, it is 5 micrometers or less. When the thickness of the conductive layer is within the above range, the effect of improving the overcharge resistance is more effectively exhibited, which is preferable.

なお、導電層はセパレータの一方の表面にのみ形成してもよく、両表面に形成してもよく、中間層として内部に形成してもよいが、表面に形成することが好ましい。   The conductive layer may be formed only on one surface of the separator, may be formed on both surfaces, or may be formed inside as an intermediate layer, but is preferably formed on the surface.

セパレータの両表面に導電層を形成する場合は、セパレータ全体の厚みを抑える上で、両表面の導電層の合計の厚みが15μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましい。また、導電層が炭素質材料を用いる場合には、0.002μm以上であることが好ましく、0.01μm以上であることがより好ましい。
また、導電層が金属材料よりなる場合には、好ましくは0.002μm以上であり、0.01μm以上であることがより好ましい。一方上限は、好ましくは1μm以下であり、0.6μ以下であることがより好ましく、0.2μm以下であることが更に好ましい。なお、導電層の厚みは、後述の実施例の項に記載の方法で測定される。
When the conductive layers are formed on both surfaces of the separator, the total thickness of the conductive layers on both surfaces is preferably 15 μm or less, and more preferably 10 μm or less, in order to suppress the thickness of the entire separator. Further, when the conductive layer uses a carbonaceous material, it is preferably 0.002 μm or more, and more preferably 0.01 μm or more.
When the conductive layer is made of a metal material, it is preferably 0.002 μm or more, and more preferably 0.01 μm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 1 μm or less, more preferably 0.6 μm or less, and still more preferably 0.2 μm or less. In addition, the thickness of a conductive layer is measured by the method as described in the term of the below-mentioned Example.

セパレータの両表面に導電層を形成する場合には、セパレータの両表面で、形成された導電層の厚みや用いた導電材が異なるものであっても、同一であっても良く、例えば、前述の如く、セパレータの一方の表面には、負極対向面側として好適な金属を用い、セパレータの他方の表面には、正極対向面側として好適な金属を用いるようにしても良い。   When the conductive layers are formed on both surfaces of the separator, the thickness of the formed conductive layer and the conductive material used may be different or the same on both surfaces of the separator. As described above, a metal suitable for the negative electrode facing surface side may be used for one surface of the separator, and a metal suitable for the positive electrode facing surface side may be used for the other surface of the separator.

<表面電気抵抗、表面抵抗率および体積抵抗率>
本発明のセパレータは、(1)見掛け体積抵抗率が1×10-4 Ω・cm乃至1×106
Ω・cm、または(2)体積抵抗率が1×10-6 Ω・cm乃至1×106 Ω・cm、または(3)表面電気抵抗が1×10-2 Ω乃至1×109 Ω、の導電層を有するものである。
そして、(1)導電層の見掛け体積抵抗率は、1×10-4 Ω・cm乃至1×106 Ω・cmであるが、好ましくは1×105Ω・cm以下であり、より好ましくは1×104Ω・cm以下である。
(2)導電層の体積抵抗率は、1×10-6 Ω・cm乃至1×106 Ω・cmであるが、好ましくは1×10-3Ω・cm以上であり、より好ましくは1×10-2Ω・cm以上である。また、好ましくは1×103Ω・cm以下であり、より好ましくは1×102Ω・cm以下である。
<Surface electrical resistance, surface resistivity, and volume resistivity>
The separator of the present invention has (1) an apparent volume resistivity of 1 × 10 −4 Ω · cm to 1 × 10 6.
Ω · cm, or (2) volume resistivity is 1 × 10 −6 Ω · cm to 1 × 10 6 Ω · cm, or (3) surface electrical resistance is 1 × 10 −2 Ω to 1 × 10 9 Ω, It has a conductive layer.
(1) The apparent volume resistivity of the conductive layer is 1 × 10 −4 Ω · cm to 1 × 10 6 Ω · cm, preferably 1 × 10 5 Ω · cm or less, more preferably 1 × 10 4 Ω · cm or less.
(2) The volume resistivity of the conductive layer is 1 × 10 −6 Ω · cm to 1 × 10 6 Ω · cm, preferably 1 × 10 −3 Ω · cm or more, more preferably 1 × 10 −2 Ω · cm or more. Further, it is preferably 1 × 10 3 Ω · cm or less, more preferably 1 × 10 2 Ω · cm or less.

ここで、体積抵抗率とは導電層を形成する材料固有の値である。そして、導電層はリチウムイオン等のイオンの透過経路が必要なことから多孔質であるため、その空隙の影響や導電性材料同士の接触抵抗などの影響により、導電性材料が本来持つ体積抵抗率よりも見掛け体積抵抗率は高い値を有する。
導電層の見掛け体積抵抗率ないしは体積抵抗率が上記上限を超えると、その理由の詳細は不明であるが、本発明による充分な耐過充電性改善効果を得ることが難しい。見掛け体積抵抗率ないしは体積抵抗率が上記下限未満では、導電層による通気抵抗が高くなり、リチウムイオンの移動経路としてのセパレータの特性を損なうことがある。また見掛け体積抵抗率ないしは体積抵抗率が上記下限未満では、導電層が集電体として働く場合がありジュール発熱によりセパレータが熱劣化を生じる恐れがある。
Here, the volume resistivity is a value specific to the material forming the conductive layer. Since the conductive layer is porous because it requires a permeation path for ions such as lithium ions, the volume resistivity inherent in the conductive material is affected by the influence of the voids and the contact resistance between the conductive materials. The apparent volume resistivity has a higher value.
If the apparent volume resistivity or volume resistivity of the conductive layer exceeds the above upper limit, details of the reason are unclear, but it is difficult to obtain a sufficient overcharge resistance improving effect according to the present invention. When the apparent volume resistivity or volume resistivity is less than the lower limit, the ventilation resistance due to the conductive layer is increased, and the characteristics of the separator as a lithium ion movement path may be impaired. If the apparent volume resistivity or volume resistivity is less than the lower limit, the conductive layer may function as a current collector, and the separator may be thermally deteriorated due to Joule heat generation.

(3)導電層の表面電気抵抗は、1×10-2Ω乃至1×109Ωであるが、好ましくは1×10-1Ω以上であり、より好ましくは1Ω以上である。また上限は、好ましくは1×108Ω以下であり、より好ましくは1×107Ω以下である。
また、導電層の表面抵抗率としては、好ましくは4×10-2Ω/□以上であり、より好ましくは1×10-1Ω/□以上であり、更に好ましくは1Ω/□以上である。また上限は、好ましくは1×109Ω/□以下であり、より好ましくは1×108Ω/□以下であり、更に好ましくは1×107Ω/□以下である。
(3) The surface electrical resistance of the conductive layer is 1 × 10 −2 Ω to 1 × 10 9 Ω, preferably 1 × 10 −1 Ω or more, more preferably 1Ω or more. The upper limit is preferably 1 × 10 8 Ω or less, more preferably 1 × 10 7 Ω or less.
Further, the surface resistivity of the conductive layer is preferably 4 × 10 −2 Ω / □ or more, more preferably 1 × 10 −1 Ω / □ or more, and further preferably 1Ω / □ or more. The upper limit is preferably 1 × 10 9 Ω / □ or less, more preferably 1 × 10 8 Ω / □ or less, and further preferably 1 × 10 7 Ω / □ or less.

導電層の表面電気抵抗が上記上限より大きいと、その理由の詳細は不明であるが、本発明による充分な耐過充電性改善効果を得ることが難しい。表面電気抵抗が上記下限未満では、導電層による通気抵抗が高くなり、リチウムイオンの移動経路としてのセパレータの特性を損なうことがある。また表面電気抵抗が上記下限未満では、導電層が集電体として働く場合がありジュール発熱によりセパレータが熱劣化を生じる恐れがある。なお、導電層の表面電気抵抗、表面抵抗率および見掛け体積抵抗率は後述の実施例に記載の方法で測定される。
尚、体積抵抗率は、物質固有の値であり、例えば、「化学便覧 基礎編 改定5版 II−611ページ 表14.9、丸善株式会社 発行、発行日 平成16年2月20日」に基づき導かれる。ただし、アセチレンブラックに関しては電気化学工業株式会社のホームページの物性一覧より体積抵抗率の値を得た。
If the surface electrical resistance of the conductive layer is larger than the above upper limit, details of the reason are unclear, but it is difficult to obtain a sufficient overcharge resistance improving effect according to the present invention. If the surface electrical resistance is less than the lower limit, the ventilation resistance by the conductive layer is increased, and the characteristics of the separator as a lithium ion transfer path may be impaired. If the surface electrical resistance is less than the lower limit, the conductive layer may function as a current collector, and the separator may be thermally deteriorated due to Joule heat generation. In addition, the surface electrical resistance, the surface resistivity, and the apparent volume resistivity of the conductive layer are measured by the methods described in the examples described later.
The volume resistivity is a value specific to a substance, and is based on, for example, “Chemical Handbook Basic Revision 5th Edition, page II-611, Table 14.9, published by Maruzen Co., Ltd., issued February 20, 2004”. Led. However, for acetylene black, the volume resistivity value was obtained from the list of physical properties on the homepage of Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.

<特徴>
本発明に係る導電層は、上述のように、セパレータの少なくとも一方の表面に形成されてもよく、基材で挟み込み中間層として形成されてもよい。そして、前述の特許文献2〜5に記載されるような従来のセパレータへの導電性付与技術に対して、以下のように明確に区別され、その特徴的な構成により優れた耐過充電性が得られる。
<Features>
As described above, the conductive layer according to the present invention may be formed on at least one surface of the separator, or may be formed as an intermediate layer sandwiched between base materials. And, with respect to the conventional technology for imparting conductivity to the separators as described in Patent Documents 2 to 5, it is clearly distinguished as follows, and has excellent overcharge resistance due to its characteristic configuration. can get.

特許文献2に記載される帯電防止剤を用いたセパレータでは、前述の如く、帯電防止剤は一般に空気中の水分を吸着して遊離するイオンを利用して帯電防止を行うものであり、基本的に水分を排除する非水系電解液二次電池においてはその効力を発揮し得ない。
これに対して、本発明のセパレータの導電層は、例えば金属や炭素質材料からなり、水分が排除された非水系電解液二次電池の環境下においても充分に導電性を発揮するものである。
In the separator using the antistatic agent described in Patent Document 2, as described above, the antistatic agent generally performs antistatic using ions liberated by adsorbing moisture in the air. In a non-aqueous electrolyte secondary battery that excludes moisture, the effect cannot be exhibited.
On the other hand, the conductive layer of the separator of the present invention is made of, for example, a metal or a carbonaceous material, and exhibits sufficient conductivity even in the environment of a non-aqueous electrolyte secondary battery from which moisture is excluded. .

特許文献3に記載されるセパレータ表面にアルカリ金属粉末層を形成して非可逆特性を改善する技術では、前述の如く、アルカリ金属は反応性に富む金属であり容易に空気中の酸素や水分と反応するため、セパレータ表面にこのような金属層を形成することは安全上、大きな問題があるが、本発明に係る導電層は、アルカリ金属のような反応性はなく、通常の環境下での取り扱いが可能であり、取り扱い性に優れたものである。   In the technique for improving the irreversible characteristics by forming an alkali metal powder layer on the separator surface described in Patent Document 3, as described above, the alkali metal is a highly reactive metal and can easily be combined with oxygen and moisture in the air. In order to react, forming such a metal layer on the separator surface has a big problem on safety, but the conductive layer according to the present invention is not reactive like an alkali metal, and is in a normal environment. It can be handled and has excellent handleability.

特許文献4に記載される熱可塑性樹脂に導電性充填剤を含むセパレータは、前述の如く、通常の電池使用時にはセパレータには導電性がない。
本発明に係る導電層は、セパレータの表面または中間層に存在するため、通常の電池使用時における正負両極の短絡は生じることはなく、必要に応じて充分な導電性を付与しうる。
As described above, the separator containing a conductive filler in the thermoplastic resin described in Patent Document 4 has no conductivity when the battery is used normally.
Since the conductive layer according to the present invention is present on the surface or intermediate layer of the separator, there is no short circuit between the positive and negative electrodes during normal battery use, and sufficient conductivity can be imparted as necessary.

特許文献5に記載されるセパレータは、前述の如く、強度的に脆く過充電状態で内部短絡を起こす可能性が高いものであるが、本発明に係る導電層は、セパレータの表面または中間層に存在するため、セパレータの強度に対する影響は殆どないか、あっても軽微であり、過充電時の活物質の膨張にも充分に耐えることができ、内部短絡のような問題を生じることがない。また特許文献5に記載されるセパレータは熱伝導性の高いフィラーを大量に含有するため厚み方向の熱伝導率が0.5W/(m・K)以上であるが、本願のセパレータの厚み方向の熱伝導率は0.2W/(m・K)程度である。   As described above, the separator described in Patent Document 5 is brittle in strength and has a high possibility of causing an internal short circuit in an overcharged state. However, the conductive layer according to the present invention is formed on the surface or intermediate layer of the separator. Since it exists, it has little or no effect on the strength of the separator, can sufficiently withstand the expansion of the active material during overcharge, and does not cause a problem such as an internal short circuit. Moreover, since the separator described in Patent Document 5 contains a large amount of filler having high thermal conductivity, the thermal conductivity in the thickness direction is 0.5 W / (m · K) or more. The thermal conductivity is about 0.2 W / (m · K).

{空隙率}
本発明のセパレータの多孔性の程度としての空隙率は、通常30%以上、好ましくは35%以上、より好ましくは38%以上である。また、通常90%以下、好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下である。セパレータの空隙率が上記範囲である場合には、有する電池性能を十分に発揮することができ、内部短絡も生じにくいため、好ましい。
{Porosity}
The porosity as the degree of porosity of the separator of the present invention is usually 30% or more, preferably 35% or more, more preferably 38% or more. Moreover, it is 90% or less normally, Preferably it is 80% or less, More preferably, it is 70% or less. When the porosity of the separator is within the above range, it is preferable because the battery performance can be sufficiently exhibited and an internal short circuit hardly occurs.

なお、本発明におけるセパレータの空隙率は以下のように重量法で定義する。
即ち、まずセパレータの厚み(導電層を含めた総厚み)をt0、単位面積あたりの重量(導電層を含めた総重量)をw0、平均比重をρとすると、セパレータの空隙率Pvは次式で得ることができる。
Pv(%)=100×{1−(w0/[ρ・t0])}
(但し、サンプル面積は単位面積。)
なお、平均比重ρは、多孔質フィルム等の基材と導電層の成分の比重および単位面積当たり重量比をそれぞれρi、kiとして、
ρ=1/(Σki/ρi)
で得ることができる。重量比は導電層形成前後の重量を測定することで得ることができる。
In addition, the porosity of the separator in this invention is defined by the weight method as follows.
That is, when the separator thickness (total thickness including the conductive layer) is t0, the weight per unit area (total weight including the conductive layer) is w0, and the average specific gravity is ρ, the porosity Pv of the separator is Can be obtained at
Pv (%) = 100 × {1- (w0 / [ρ · t0])}
(However, the sample area is the unit area.)
Note that the average specific gravity ρ is the specific gravity of the components of the base material such as the porous film and the conductive layer and the weight ratio per unit area as ρi and ki,
ρ = 1 / (Σki / ρi)
Can be obtained at The weight ratio can be obtained by measuring the weight before and after forming the conductive layer.

{厚さ}
本発明のセパレータの厚さ(導電層を含めた総厚み)は、通常5μm以上、好ましくは9μm以上、より好ましくは15μm以上である。また、通常50μm以下、好ましくは35μm以下、より好ましくは30μm以下である。セパレータの厚みが上記範囲にある場合には、機械的強度が好適な範囲となり、高速捲回時の破断や内部短絡を生じにくく、また、有する電池性能を十分に発揮することができ、好ましい。
{thickness}
The thickness (total thickness including the conductive layer) of the separator of the present invention is usually 5 μm or more, preferably 9 μm or more, more preferably 15 μm or more. Moreover, it is 50 micrometers or less normally, Preferably it is 35 micrometers or less, More preferably, it is 30 micrometers or less. When the thickness of the separator is in the above range, the mechanical strength is in a suitable range, and it is preferable that breakage and internal short circuit are not easily caused during high-speed winding, and battery performance can be sufficiently exhibited.

{突き刺し強度}
本発明のセパレータの突き刺し強度(導電層を含めたセパレータの突き刺し強度)は通常250g以上、好ましくは300g以上、より好ましくは350g以上である。突き刺し強度が250g以上であることで、過充電時の活物質の膨張による圧力に抗しきれず内部短絡を起こる可能性が低い。突き刺し強度の好ましい上限は特に存在せず、電気抵抗などのセパレータとしての特性が電池性能から要求される性能を満たしていればいくら大きくても構わないが、通常は700g以下である。
なお、本発明におけるセパレータの突き刺し強度とは、以下に記述する方法で測定された強度を意味する。
{Puncture strength}
The puncture strength of the separator of the present invention (the puncture strength of the separator including the conductive layer) is usually 250 g or more, preferably 300 g or more, more preferably 350 g or more. When the puncture strength is 250 g or more, there is a low possibility that an internal short circuit will occur without resisting the pressure caused by the expansion of the active material during overcharge. There is no particular upper limit for the piercing strength, and it does not matter if the separator characteristics such as electrical resistance satisfy the performance required from the battery performance, but it is usually 700 g or less.
In addition, the piercing strength of the separator in the present invention means strength measured by the method described below.

<突き刺し強度の測定>
ホルダーで固定したサンプル(測定部:直径20mmの円形)に、直径1mm、先端曲率半径0.5mmの金属(SUS440C)製針を厚さ方向に300mm/minの速さで突き刺して、穴が開口する最大荷重を測定する。
<Measurement of puncture strength>
A hole made of a metal (SUS440C) needle with a diameter of 1 mm and a radius of curvature of the tip of 0.5 mm is pierced at a speed of 300 mm / min in the thickness direction on a sample (measurement part: a circle with a diameter of 20 mm) fixed with a holder. Measure the maximum load.

{非水系電解液}
本発明においては、セパレータに導電層を設けることの他、非水系電解液がフッ素化カーボネートを含有するものである。フッ素化カーボネートとしては、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類のいずれも用いることができる。
{Non-aqueous electrolyte solution}
In the present invention, in addition to providing a conductive layer on the separator, the nonaqueous electrolytic solution contains fluorinated carbonate. As the fluorinated carbonate, any of cyclic carbonates and chain carbonates can be used.

フッ素原子を有する鎖状カーボネート類(これを以下、「フッ素化鎖状カーボネート」と略記する場合がある)としては、フッ素化鎖状カーボネートが有するフッ素原子の数が1以上であれば特に制限されないが、通常6以下、好ましくは4以下である。
代表的には、一般式C=O(OR1)(OR2)(式中、R1及びR2は、それぞれ炭素数1または2のアルキル基であり、R1及びR2のうち少なくとも1方が1個以上のフッ素原子を有する)で表される化合物が用いられ、ジメチルカーボネート誘導体類、エチルメチルカーボネート誘導体類、ジエチルカーボネート誘導体類等が挙げられる。
The chain carbonates having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated chain carbonate”) is not particularly limited as long as the number of fluorine atoms in the fluorinated chain carbonate is 1 or more. However, it is usually 6 or less, preferably 4 or less.
Typically, the general formula C═O (OR 1 ) (OR 2 ) (wherein R 1 and R 2 are each an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and at least one of R 1 and R 2 Compounds having one or more fluorine atoms), and examples thereof include dimethyl carbonate derivatives, ethyl methyl carbonate derivatives, and diethyl carbonate derivatives.

上記ジメチルカーボネート誘導体類の具体例としては、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロ)メチルカーボネート、ビス(トリフルオロ)メチルカーボネート等が挙げられる。   Specific examples of the dimethyl carbonate derivatives include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, trifluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoro) methyl carbonate, bis (trifluoro) methyl carbonate and the like. Can be mentioned.

上記エチルメチルカーボネート誘導体類の具体例としては、2−フルオロエチルメチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルメチルカーボネート、2−フルオロエチルフルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルフルオロメチルカーボネート、2−フルオロエチルジフルオロメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート等が挙げられる。   Specific examples of the ethyl methyl carbonate derivatives include 2-fluoroethyl methyl carbonate, ethyl fluoromethyl carbonate, 2,2-difluoroethyl methyl carbonate, 2-fluoroethyl fluoromethyl carbonate, ethyl difluoromethyl carbonate, 2,2, Examples include 2-trifluoroethyl methyl carbonate, 2,2-difluoroethyl fluoromethyl carbonate, 2-fluoroethyl difluoromethyl carbonate, and ethyl trifluoromethyl carbonate.

上記ジエチルカーボネート誘導体類の具体例としては、エチル−(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2,2−ジフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。
これらの中でも、トリフルオロエチルメチルカーボネート、エチルトリフルオロエチルカーボネートが、電池を大型化した際の電導性等の電池特性を維持しつつ、高い耐過充電防止性能を発現できるため好ましい。
Specific examples of the diethyl carbonate derivatives include ethyl- (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2-difluoroethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2,2 -Trifluoroethyl) carbonate, 2,2-difluoroethyl-2'-fluoroethyl carbonate, bis (2,2-difluoroethyl) carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2'-fluoroethyl carbonate, 2 2,2-trifluoroethyl-2 ′, 2′-difluoroethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, and the like.
Among these, trifluoroethyl methyl carbonate and ethyl trifluoroethyl carbonate are preferable because they can exhibit high overcharge resistance prevention performance while maintaining battery characteristics such as conductivity when the battery is enlarged.

フッ素原子を有する環状カーボネート(以下、「フッ素化環状カーボネート」と略記する場合がある)としては、フッ素原子を有する環状カーボネート類であれば、特に制限はない。   The cyclic carbonate having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated cyclic carbonate”) is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a fluorine atom.

フッ素化環状カーボネートとしては、代表的には、炭素原子数2〜6のアルキレン基を有する環状カーボネートの誘導体が挙げられ、例えば、エチレンカーボネートを構成する水素原子のうち1個または2個をフッ素原子及び/またはフッ素化アルキル基で置換したエチレンカーボネート誘導体が挙げられる。ここでアルキル基の炭素数は通常1〜4であり、フッ素化環状カーボネートを構成するフッ素原子数は通常1個以上、8個以下、好ましくは3個以下である。   A typical example of the fluorinated cyclic carbonate is a derivative of a cyclic carbonate having an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms. For example, one or two hydrogen atoms constituting ethylene carbonate are fluorine atoms. And / or an ethylene carbonate derivative substituted with a fluorinated alkyl group. Here, the carbon number of the alkyl group is usually 1 to 4, and the number of fluorine atoms constituting the fluorinated cyclic carbonate is usually 1 or more and 8 or less, preferably 3 or less.

具体的には、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。   Specifically, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4- Fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethyl Le ethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate.

これらのフッ素化環状カーボネートの中でも、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネート、および4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネートが、高イオン伝導性を与え、かつ好適に界面保護被膜を形成する点でより好ましい。   Among these fluorinated cyclic carbonates, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate have high ionic conductivity. And is more preferable in that it suitably forms an interface protective film.

フッ素化環状カーボネートとして、不飽和結合とフッ素原子とを有する環状カーボネート(これを以下、「フッ素化不飽和環状カーボネート」と略記する場合がある)を用いることも好ましい。フッ素化不飽和環状カーボネートとしては特に制限はない。中でもフッ素原子が1個又は2個のものが好ましい。   As the fluorinated cyclic carbonate, it is also preferable to use a cyclic carbonate having an unsaturated bond and a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated unsaturated cyclic carbonate”). There is no restriction | limiting in particular as a fluorinated unsaturated cyclic carbonate. Of these, those having 1 or 2 fluorine atoms are preferred.

フッ素化不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート誘導体、芳香環又は炭素−炭素不飽和結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート誘導体等が挙げられる。   Examples of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate include vinylene carbonate derivatives, ethylene carbonate derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon unsaturated bond, and the like.

ビニレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート等が挙げられる。   Examples of the vinylene carbonate derivative include 4-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-5-methyl vinylene carbonate, 4-fluoro-5-phenyl vinylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and the like.

芳香環又は炭素−炭素不飽和結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート等が挙げられる。   Examples of the ethylene carbonate derivative substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon unsaturated bond include 4-fluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-5-vinylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4. -Vinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-fluoro-4-phenyl Examples include ethylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-phenylethylene carbonate, and the like.

フッ素化環状カーボネートは、分子量に特に制限はなく、好ましくは50以上、より好ましくは80以上であり、また、好ましくは250以下、より好ましくは150以下のものが使用できる。分子量250以下であれば、非水系電解液に対するフッ素化環状カーボネートの溶解性が良好で、本発明の効果を発現しやすい。また、フッ素化環状カーボネートの製造方法にも特に制限はなく、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。   The molecular weight of the fluorinated cyclic carbonate is not particularly limited, and preferably 50 or more, more preferably 80 or more, and preferably 250 or less, more preferably 150 or less. When the molecular weight is 250 or less, the solubility of the fluorinated cyclic carbonate in the nonaqueous electrolytic solution is good, and the effects of the present invention are easily exhibited. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also in the manufacturing method of a fluorinated cyclic carbonate, It is possible to select and manufacture a well-known method arbitrarily.

上記のフッ素化カーボネートの使用量は、電解液中の体積割合として、上限が通常20%以下、好ましくは15%以下であり、下限が通常、1%以上、好ましくは5%以上である。上記割合とすることで、電気伝導性が良好な値を示し、大型電池の電池性能を十分に発揮することができ、また、過充電に対する効果も十分に発揮することができる。   The amount of the fluorinated carbonate used is, as a volume ratio in the electrolytic solution, the upper limit is usually 20% or less, preferably 15% or less, and the lower limit is usually 1% or more, preferably 5% or more. By setting it as the above-mentioned ratio, the electric conductivity exhibits a good value, the battery performance of the large battery can be sufficiently exhibited, and the effect against overcharge can be sufficiently exhibited.

本発明の非水系電解液二次電池に使用される電解液の非水系溶媒としては、非水系電解液二次電池の溶媒として公知の任意のものを用いることができる。
例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のジアルキルカーボネート(ジアルキルカーボネートのアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましい);テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル;ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等の鎖状エーテル;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル;酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の鎖状カルボン酸エステルなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
これらの中でもエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のジアルキルカーボネート(ジアルキルカーボネートのアルキル基は、炭素数1〜4のアルキル基が好ましい)、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステルが、粘度が低く、リチウム塩を溶解した際に高い導電率を示すため出力などの電池性能が有利となる点で好ましく用いられる。
As the non-aqueous solvent of the electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, any known solvent can be used as the solvent for the non-aqueous electrolyte secondary battery.
For example, alkylene carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate; dialkyl carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, and ethyl methyl carbonate A cyclic ether such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; a chain ether such as dimethoxyethane and dimethoxymethane; a cyclic carboxylic acid ester such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; methyl acetate, methyl propionate and propion Examples thereof include chain carboxylic acid esters such as ethyl acid. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, alkylene carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; dialkyl carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, and ethyl methyl carbonate (the alkyl group of the dialkyl carbonate has 1 to 4 carbon atoms) Alkyl groups are preferred), and cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone have low viscosity and show high conductivity when a lithium salt is dissolved, so that battery performance such as output is advantageous. Preferably used.

本発明において、非水系電解液に用いられる電解質としては、リチウム二次電池用非水系電解液の電解質として用い得ることが知られているリチウム塩であれば特に制限はないが、例えば、次のものが挙げられる   In the present invention, the electrolyte used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is a lithium salt that can be used as an electrolyte for a non-aqueous electrolyte for a lithium secondary battery. Things can be mentioned

無機リチウム塩:LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6等の無機フッ化物塩;LiClO4、LiBrO4、LiIO4等の過ハロゲン酸塩;LiAlCl4等の無機塩化物塩(但し、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩は除く)等。
含フッ素有機リチウム塩:LiCF3SO3等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩;LiN(CF3SO22、LiN(CF3CF2SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)等のパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩;LiC(CF3SO23等のパーフルオロアルカンスルホニルメチド塩;Li[PF5(CF2CF2CF3)]、Li[PF4(CF2CF2CF32]、Li[PF3(CF2CF2CF33]、Li[PF5(CF2CF2CF2CF3)]、Li[PF4(CF2CF2CF2CF32]、Li[PF3(CF2CF2CF2CF33]等のフルオロアルキルフッ化リン酸塩等。
リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート等のオキサラトボレート塩。
Inorganic lithium salts: inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 , LiIO 4 ; inorganic chloride salts such as LiAlCl 4 (however, monofluoro Excluding phosphate and difluorophosphate).
Fluorine-containing organic lithium salt: perfluoroalkane sulfonate such as LiCF 3 SO 3 ; LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 Perfluoroalkanesulfonylimide salts such as SO 2 ); Perfluoroalkanesulfonylmethide salts such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ; Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 ( CF 2 CF 2 CF 3 ) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ], Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 ) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ] and other fluoroalkyl fluorophosphates.
Oxalatoborate salts such as lithium bis (oxalato) borate and lithium difluorooxalatoborate.

これらのなかでも、非水溶媒に対する溶解性、二次電池とした場合の充放電特性、出力特性、サイクル特性等を総合的に判断すると、LiPF6が好ましい。 Among these, LiPF 6 is preferable when comprehensively judging the solubility in a non-aqueous solvent, the charge / discharge characteristics in the case of a secondary battery, the output characteristics, the cycle characteristics, and the like.

上記電解質の電解液中の濃度の下限は、通常、0.5モル/リットル以上、好ましくは0.7モル/リットル以上、より好ましくは0.9モル/リットル以上であり、上限は、通常、2モル/リットル以下、好ましくは、1.8モル/リットル以下、より好ましくは、1.5モル/リットル以下である。上記範囲とすることで、イオン量が適切な値となり、電解液の電気伝導度が良好となり、所望する電池性能を発揮することができ、好ましい。   The lower limit of the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is usually 0.5 mol / liter or more, preferably 0.7 mol / liter or more, more preferably 0.9 mol / liter or more, and the upper limit is usually It is 2 mol / liter or less, preferably 1.8 mol / liter or less, and more preferably 1.5 mol / liter or less. By setting it as the said range, an ion amount becomes an appropriate value, the electrical conductivity of electrolyte solution becomes favorable, and the desired battery performance can be exhibited, and is preferable.

本発明においては上記した電解質(主電解質)に加えて、さらに副電解質を併用するのが好ましい。副電解質は使用する主電解質とは異なる種類の化合物であればよく、上記の電解質と同様のものを用いることができるが、中でもフルオロリン酸リチウム塩類、ホウ酸リチウム塩類、リチウムイミド塩類が電池性能を低下させないという点で好ましい。   In the present invention, in addition to the above-described electrolyte (main electrolyte), it is preferable to further use a sub-electrolyte. The sub-electrolyte may be a different type of compound from the main electrolyte used, and the same electrolyte as the above electrolyte can be used. Among them, lithium fluorophosphate salts, lithium borate salts, and lithium imide salts are battery performances. This is preferable in that it does not lower.

副電解質を用いる場合、電解液中の濃度は、下限が通常、0.01モル/リットル以上、より好ましくは0.015モル/リットル以上であり、上限が通常、0.3モル/リットル以下、より好ましくは0.2モル/リットル以下である。全副電解質の合計濃度が上記範囲とすることで、過充電に対する効果を十分に発揮することができ、所望の電池性能を発揮することができ、好ましい。   In the case of using a sub-electrolyte, the lower limit of the concentration in the electrolytic solution is usually 0.01 mol / liter or more, more preferably 0.015 mol / liter or more, and the upper limit is usually 0.3 mol / liter or less. More preferably, it is 0.2 mol / liter or less. By making the total concentration of all sub-electrolytes within the above range, the effect on overcharge can be sufficiently exhibited, and desired battery performance can be exhibited, which is preferable.

<その他の成分>
本発明に係る非水系電解液には、非水系溶媒及び電解質以外に必要に応じて他の有用な成分、例えば従来公知の過充電防止剤、脱水剤、脱酸剤、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤等の各種の添加剤を含有させてもよい。
<Other ingredients>
The non-aqueous electrolyte solution according to the present invention includes other useful components as required in addition to the non-aqueous solvent and the electrolyte, such as conventionally known overcharge inhibitors, dehydrating agents, deoxidizing agents, capacity maintenance after high-temperature storage. Various additives such as an auxiliary agent for improving characteristics and cycle characteristics may be contained.

このうち、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤としては、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、エリスリタンカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、フェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィド等の含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物などが挙げられる。非水系電解液がこれらの助剤を含有する場合、その非水系電解液中の濃度は通常0.1重量%乃至5重量%である。   Among these, as auxiliary agents for improving capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high temperature storage, carbonate compounds such as vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, phenylethylene carbonate, erythritan carbonate; succinic anhydride , Such as glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, phenylsuccinic anhydride Anhydrides: ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethyl sulfone, tetramethylthiuram monosulfide A sulfur-containing compound of 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylsuccinimide, etc. Nitrogen compounds; hydrocarbon compounds such as heptane, octane, cycloheptane and the like. When the non-aqueous electrolyte contains these auxiliaries, the concentration in the non-aqueous electrolyte is usually 0.1% to 5% by weight.

{正極}
本発明の非水系電解液二次電池に使用される正極は、通常、正極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成させたものである。
{Positive electrode}
The positive electrode used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually one in which an active material layer containing a positive electrode active material and a binder is formed on a current collector.

正極活物質としては、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物材料などのリチウムを吸蔵及び放出可能な材料が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。   Examples of the positive electrode active material include materials capable of inserting and extracting lithium, such as lithium transition metal composite oxide materials such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

バインダーとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としてはポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、SBS(スチレン−ブタジエン−スチレンエラストマー)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。   The binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), SBS (styrene-butadiene-styrene elastomer), fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like can be mentioned. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

正極活物質層中のバインダーの割合は、下限値が通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上であり、上限値が通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは40重量%以下、更に好ましくは10重量%以下である。上記範囲とすることで、活物質を適切に保持することができ、良好な電池性能を発揮することができるため、好ましい。   As for the ratio of the binder in the positive electrode active material layer, the lower limit is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and the upper limit is usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, and still more preferably 10% by weight or less. By setting it as the said range, since an active material can be hold | maintained appropriately and favorable battery performance can be exhibited, it is preferable.

正極活物質層は、通常、導電性を高めるため導電剤を含有する。導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛の微粒子や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素微粒子等の炭素質材料を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。正極活物質層中の導電剤の割合は、下限値が通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは1重量%以上であり、上限値が通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、更に好ましくは15重量%以下である。導電剤の割合を上記範囲とすることで、良好な電池性能を発揮することができるため、好ましい。   The positive electrode active material layer usually contains a conductive agent in order to increase conductivity. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as graphite fine particles such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon fine particles such as needle coke. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. The ratio of the conductive agent in the positive electrode active material layer is such that the lower limit is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and the upper limit is usually 50% by weight or less. , Preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. It is preferable to set the ratio of the conductive agent in the above range because good battery performance can be exhibited.

正極活物質層には、その他、増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させることができる。
増粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。
In addition, the positive electrode active material layer can contain additives for a normal active material layer such as a thickener.
The thickener is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

正極の集電体には、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。
正極集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、20μm以下が更に好ましい。正極集電体の厚さが、上記範囲にあることで、集電体として必要な強度を十分確保することができ、良好な電池容量を得ることができる。正極集電体の表面電気抵抗は最も一般的に使用されるアルミニウム箔の場合、厚みによって異なるが、厚み1μm乃至100μmに対して6×10-3Ω乃至6×10-5Ωである。セパレータ表面の導電層の表面電気抵抗をこれより大きくすることで、導電層が正極集電体として機能することを防止することができ、ジュール発熱によるセパレータの熱劣化を抑制することができる。
Aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used for the current collector of the positive electrode.
Although the thickness of the positive electrode current collector is arbitrary, it is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. When the thickness of the positive electrode current collector is in the above range, sufficient strength required for the current collector can be secured, and a favorable battery capacity can be obtained. The surface electrical resistance of the positive electrode current collector is 6 × 10 −3 Ω to 6 × 10 −5 Ω with respect to the thickness of 1 μm to 100 μm, though it varies depending on the thickness in the case of the most commonly used aluminum foil. By making the surface electrical resistance of the conductive layer on the separator surface larger than this, the conductive layer can be prevented from functioning as a positive electrode current collector, and thermal degradation of the separator due to Joule heat generation can be suppressed.

正極は、前述の正極活物質とバインダーと導電剤、必要に応じて添加されるその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥することにより形成することができる。   The positive electrode can be formed by applying a slurry obtained by slurrying the above-described positive electrode active material, a binder, a conductive agent, and other additives added as necessary with a solvent onto a current collector, and drying the positive electrode active material. .

スラリー化のために用いる溶媒としては、通常はバインダーを溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。   As the solvent used for slurrying, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but not limited thereto. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. can be added to water, and an active material can also be slurried with latex, such as SBR.

このようにして形成される正極活物質層の厚さは、通常10μm乃至200μm程度である。なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。   The thickness of the positive electrode active material layer thus formed is usually about 10 μm to 200 μm. The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

<負極>
本発明の非水系電解液二次電池に使用される負極は、通常、負極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成させたものである。
<Negative electrode>
The negative electrode used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually one in which an active material layer containing a negative electrode active material and a binder is formed on a current collector.

負極活物質としては様々な熱分解条件での有機物の熱分解物や人造黒鉛、天然黒鉛等のリチウムを吸蔵及び放出可能な炭素質材料;酸化錫、酸化珪素等のリチウムを吸蔵及び放出可能な金属酸化物材料;リチウム金属;種々のリチウム合金などを用いることができる。これらの負極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。   As a negative electrode active material, a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium such as organic pyrolysate, artificial graphite and natural graphite under various pyrolysis conditions; capable of occluding and releasing lithium such as tin oxide and silicon oxide Metal oxide material; lithium metal; various lithium alloys can be used. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.

バインダーとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。   The binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, and butadiene rubber. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

負極活物質層中の上述のバインダーの割合は、下限値が通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上であり、上限値が通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは40重量%以下、更に好ましくは10重量%以下である。上記範囲とすることで、活物質を適切に保持することができ、良好な電池性能を発揮することができるため、好ましい。   The ratio of the binder in the negative electrode active material layer is such that the lower limit is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and the upper limit is usually 80% by weight or less. Preferably it is 60 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less, More preferably, it is 10 weight% or less. By setting it as the said range, since an active material can be hold | maintained appropriately and favorable battery performance can be exhibited, it is preferable.

負極活物質層は、更に導電性を高めるために導電剤を含有してもよい。導電剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素微粒子等の炭素質材料を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。負極活物質層中の導電剤の割合は、下限値が通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、更に好ましくは1重量%以上であり、上限値が通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、更に好ましくは15重量%以下である。導電剤の割合を上記範囲とすることで、導電性の良好な向上効果が得られ、好ましい。   The negative electrode active material layer may contain a conductive agent in order to further increase the conductivity. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as carbon black such as acetylene black and amorphous carbon fine particles such as needle coke. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. As for the ratio of the conductive agent in the negative electrode active material layer, the lower limit is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and the upper limit is usually 50% by weight or less. , Preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. By setting the ratio of the conductive agent in the above range, a favorable improvement effect of conductivity is obtained, which is preferable.

負極活物質層には、その他、増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させることができる。増粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。   In addition, the negative electrode active material layer may contain additives for a normal active material layer such as a thickener. The thickener is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。負極集電体の厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、20μm以下が更に好ましい。負極集電体の厚さが上記範囲にあることで、集電体として必要な強度を十分確保することができ、良好な電池容量を得ることができる。負極集電体の表面電気抵抗は最も一般的に使用される銅箔の場合、厚みによって異なるが、厚み1μm乃至100μmに対して4×10-3Ω乃至4×10-5Ωである。セパレータ表面の導電層の表面電気抵抗をこれより大きくすることで、導電層が負極集電体として機能することを防止することができ、ジュール発熱によるセパレータの熱劣化を抑制することができる。 Copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or the like is used for the negative electrode current collector. The thickness of the negative electrode current collector is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. When the thickness of the negative electrode current collector is in the above range, sufficient strength required for the current collector can be secured, and a favorable battery capacity can be obtained. The surface electrical resistance of the negative electrode current collector is 4 × 10 −3 Ω to 4 × 10 −5 Ω with respect to the thickness of 1 μm to 100 μm, although it varies depending on the thickness in the case of the most commonly used copper foil. By making the surface electrical resistance of the conductive layer on the separator surface larger than this, the conductive layer can be prevented from functioning as a negative electrode current collector, and thermal degradation of the separator due to Joule heat generation can be suppressed.

負極は、前述の負極活物質とバインダーと導電剤、必要に応じて添加されるその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥することにより形成することができる。   The negative electrode can be formed by applying a slurry obtained by slurrying the above-described negative electrode active material, a binder, a conductive agent, and other additives added as necessary with a solvent onto a current collector, and then drying the negative electrode active material. .

スラリー化のために用いる溶媒としては、通常はバインダーを溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用してもよい。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。   As the solvent used for slurrying, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but not limited thereto. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. can be added to water, and an active material can also be slurried with latex, such as SBR.

このようにして形成される負極活物質層の厚さは、通常10μm乃至200μm程度である。なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。   The thickness of the negative electrode active material layer thus formed is usually about 10 μm to 200 μm. The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

{電池形状}
本発明の非水系電解液二次電池の電池形状は特に制限されず、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。一般的に採用されている電池形状の例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ、シート電極及びセパレータを積層したラミネートタイプなどが挙げられる。
{Battery shape}
The battery shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various shapes generally employed according to the application. Examples of commonly used battery shapes include a cylinder type with a sheet electrode and separator in a spiral shape, a cylinder type with an inside-out structure combining a pellet electrode and a separator, a coin type with stacked pellet electrodes and a separator, Examples include a laminate type in which a sheet electrode and a separator are laminated.

{非水系電解液二次電池の組み立て方法}
本発明の非水系電解液二次電池を組み立てる方法は特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。例えば、前述のセパレータ、非水系電解液、正極及び負極を積層し、正負極間に非水系電解液を注入して、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。
{Assembly method of non-aqueous electrolyte secondary battery}
The method for assembling the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery. For example, the separator, the non-aqueous electrolyte, the positive electrode, and the negative electrode are laminated, and the non-aqueous electrolyte is injected between the positive and negative electrodes and assembled into an appropriate shape. Furthermore, other components such as an outer case can be used as necessary.

なお、非水系電解液二次電池の組み立てに際し、本発明を構成する少なくとも一方の表面に導電層を有するセパレータがその一方の表面にのみ導電層を有する場合、この導電層は正極側に対面して積層されても、負極側に対面して積層されても良い。導電層を構成する導電材が正極対向用として適した金属材料、または炭素質材料である場合は正極側に対面させ、負極対向用として適した金属材料、または炭素質材料である場合には負極側に対面させる。一般的には、高電位である正極側で電解液の分解など激しい反応が生じているため、その理由の詳細は不明であるが過充電によるセパレータの短絡も正極に対向する面を起点に発生するのではないかと推測されることから、セパレータの導電層が少なくとも正極側に対面するように配置することが好ましい。   When assembling the non-aqueous electrolyte secondary battery, when a separator having a conductive layer on at least one surface constituting the present invention has a conductive layer only on one surface, this conductive layer faces the positive electrode side. Or may be laminated facing the negative electrode side. When the conductive material constituting the conductive layer is a metal material or carbonaceous material suitable for facing the positive electrode, it faces the positive electrode side, and when it is a metal material or carbonaceous material suitable for facing the negative electrode, the negative electrode Face to the side. In general, a vigorous reaction such as decomposition of the electrolyte occurs on the positive electrode side, which is at a high potential. The details of the reason are unknown, but a short circuit of the separator due to overcharging occurs from the surface facing the positive electrode. Therefore, it is preferable to dispose the separator so that the conductive layer of the separator faces at least the positive electrode side.

{用途}
本発明の非水系電解液二次電池の用途は特に限定されず、従来公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ等の小型機器が挙げられるが、過充電下における高い安全性を有するという特長から、本発明の非水系電解液二次電池は特に電気自動車、ハイブリッド自動車等の大型機器への用途、即ち、EV用あるいはHEV用リチウム二次電池として好適である。
{Usage}
The application of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be used for various conventionally known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. , Electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting fixtures, toys, game devices, watches, strobes, cameras, and other small devices. The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is particularly suitable for use in large equipment such as electric vehicles and hybrid vehicles, that is, as a lithium secondary battery for EV or HEV.

本発明の非水系電解液二次電池は、複数の非水系電解液二次電池を直列に連結させた非水系電解液二次電池モジュールとして用いることができる。本発明の非水系電解液二次電池をモジュールとして用いる場合には、5個以上直列に連結させることが好ましく、10個以上直列に連結させることが好ましく、20個以上直列に連結させることが好ましい。このように複数の二次電池を直列に連結させることで、特に電気自動車、ハイブリッド自動車等の大型機器への用途に適用が可能となる。
また、上記非水系電解液二次電池モジュールとして用いる場合には、満充電に20V以上の電圧を必要とすることが好ましく、25V以上とすることがより好ましく、30V以上とすることが更に好ましい。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used as a non-aqueous electrolyte secondary battery module in which a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries are connected in series. When using the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention as a module, it is preferable to connect 5 or more in series, preferably 10 or more in series, and preferably 20 or more in series. . In this way, by connecting a plurality of secondary batteries in series, it is possible to apply to a large-sized device such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
Moreover, when using as said non-aqueous electrolyte solution secondary battery module, it is preferable that the voltage of 20V or more is required for full charge, it is more preferable to set it as 25V or more, and it is still more preferable to set it as 30V or more.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded.

なお、以下の実施例及び比較例におけるセパレータの導電層の表面電気抵抗及び厚みの測定方法は、以下の通りである。   In addition, the measuring method of the surface electrical resistance and thickness of the conductive layer of the separator in the following examples and comparative examples is as follows.

<導電層の表面電気抵抗の測定方法>
ダイアインスツルメンツ社(現三菱化学アナリテック社)製のロレスターEPおよびハイレスターUPを用いて測定した。表面電気抵抗が106Ω以下の場合はロレスターEPとASPプローブの組み合わせによる四探針法で、表面電気抵抗が106Ω以上の場合はハイレスターUPとUAプローブの組み合わせによる二探針法で測定を行った。表面抵抗率は三菱化学アナリテック社が公開するプローブごとの補正係数を用いて、
表面抵抗率=表面電気抵抗×補正係数
で求めた。また見掛け体積抵抗率は
見掛け体積抵抗率=表面抵抗率×厚み
で求めた。
<Method for measuring surface electrical resistance of conductive layer>
The measurement was performed using Lorester EP and Hirester UP manufactured by Dia Instruments (currently Mitsubishi Chemical Analytech). If the surface electrical resistance is 10 6 Ω or less, use a four-probe method with a combination of Lorester EP and an ASP probe. If the surface electrical resistance is 10 6 Ω or more, use a two-probe method with a combination of a Hirester UP and a UA probe. Measurements were made. The surface resistivity is calculated using the correction factor for each probe released by Mitsubishi Chemical Analytech.
Surface resistivity = surface electrical resistance × correction coefficient. The apparent volume resistivity was determined by the apparent volume resistivity = surface resistivity × thickness.

<導電層の厚みの測定方法>
スパッタリング膜、蒸着膜の厚みは、KLA−Tencor社の段差・表面あらさ・微細形状測定装置P−15を使用して測定した。また、塗布膜の厚みは、尾崎製作所のアプライトダイヤルゲージを使用して測定した。
<Method for measuring thickness of conductive layer>
The thicknesses of the sputtering film and the deposited film were measured using a step / surface roughness / fine shape measuring device P-15 manufactured by KLA-Tencor. The thickness of the coating film was measured using an upright dial gauge manufactured by Ozaki Seisakusho.

[実施例1]
<非水系電解液の調製>
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとトリフルオロエチルメチルカーボネート(以下、TFEMCともいう。)を体積比で3/6/1で混合した溶媒に、Li塩として十分に乾燥したLiPF6を1.0モル/リットルの割合となるように溶解したものを非水系電解液とした。
[Example 1]
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
Under a dry argon atmosphere, LiPF 6 sufficiently dried as a Li salt was mixed with a solvent in which ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and trifluoroethyl methyl carbonate (hereinafter also referred to as TFEMC) were mixed at a volume ratio of 3/6/1. What was melt | dissolved so that it might become a ratio of 1.0 mol / l was made into the non-aqueous electrolyte solution.

<正極の作製>
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/32を用い、LiNi1/3Mn1/3Co1/32 90重量部にアセチレンブラック5重量部及びポリフッ化ビニリデン(呉羽化学社製、商品名「KF−1000」)5重量部を加えて混合し、混合物をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。得られたスラリーを正極集電体である厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布して乾燥後、プレス機により厚さ81μmに圧延したものを、活物質層のサイズとして幅100mm、長さ100mm、及び幅30mmの未塗工部を有する形状に切り出して正極とした。正極活物質層の密度は2.35g/cm3であった。
<Preparation of positive electrode>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 was used as the positive electrode active material, 90 parts by weight of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2, 5 parts by weight of acetylene black and polyvinylidene fluoride (Kureha) Chemical Co., Ltd., trade name “KF-1000”) was added and mixed, and the mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. The obtained slurry was uniformly applied to both surfaces of a 15 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector, dried, and then rolled to a thickness of 81 μm by a press machine. A positive electrode was cut into a shape having an uncoated part with a thickness of 100 mm and a width of 30 mm. The density of the positive electrode active material layer was 2.35 g / cm 3 .

<負極の作製>
負極活物質として天然黒鉛粉末を用い、天然黒鉛粉末98重量部に、増粘剤、バインダーとしてそれぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水溶液(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1重量%)100重量部、及び、スチレン・ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン・ブタジエンゴムの濃度50重量%)2重量部を加えて混合してスラリー状とした。得られたスラリーを負極集電体である厚さ10μmの圧延銅箔の両面に塗布して乾燥後、プレス機で厚さ75μmに圧延したものを、活物質層のサイズとして幅104mm、長さ104mm、及び幅30mmの未塗工部を有する形状に切り出し、負極とした。負極活物質層の密度は1.35g/cm3であった。
<Production of negative electrode>
Using natural graphite powder as the negative electrode active material, 98 parts by weight of natural graphite powder, 100 parts by weight of an aqueous solution of sodium carboxymethylcellulose (concentration of 1% by weight of carboxymethylcellulose sodium) as a thickener and binder, and styrene-butadiene 2 parts by weight of an aqueous dispersion of rubber (concentration of styrene / butadiene rubber 50% by weight) was added and mixed to form a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of a rolled copper foil having a thickness of 10 μm as a negative electrode current collector, dried, and then rolled to a thickness of 75 μm with a press machine. The active material layer had a width of 104 mm and a length of A negative electrode was cut into a shape having an uncoated part with a width of 104 mm and a width of 30 mm. The density of the negative electrode active material layer was 1.35 g / cm 3 .

<セパレータの作成>
厚み25μm、突き刺し強度380g、空隙率39%の、市販の三層セパレータ(ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン)を基材としてその一方の表面に黒鉛を蒸着して導電層を設けた。黒鉛層の厚みは5nmであり、表面電気抵抗は2×107Ωであった。また、突き刺し強度は350g、空隙率は39%であった。
<Create separator>
A conductive layer was provided by depositing graphite on one surface of a commercially available three-layer separator (polypropylene / polyethylene / polypropylene) having a thickness of 25 μm, a piercing strength of 380 g, and a porosity of 39%. The thickness of the graphite layer was 5 nm, and the surface electrical resistance was 2 × 10 7 Ω. The puncture strength was 350 g, and the porosity was 39%.

<電池の作成>
正極32枚と負極33枚を交互となるように配置し、各電極の間に上述のセパレータが、黒鉛蒸着層が正極に対向して挟まれるよう積層した。この際、正極の正極活物質面が負極の負極活物質面内から外れないよう両活物質層面が互いに対面するように位置させた。この正極と負極それぞれについての未塗工部同士を束ねスポット溶接して集電タブを作製し、電極群としたものを、アルミニウム製の電池缶(外寸:120×110×10mm)に封入した。電池缶としては蓋部分に正極及び負極の集電端子、圧力放出弁、非水系電解液の注入口を備えた電池缶を用いた。集電タブと集電端子はスポット溶接により接続した。その後、電極群を装填した電池缶に非水系電解液を20mL注入して、電極に充分浸透させ、注入口を密閉して電池を作製した。
<Creation of battery>
32 positive electrodes and 33 negative electrodes were alternately arranged, and the above-described separator was laminated between each electrode so that the graphite vapor deposition layer was sandwiched opposite the positive electrode. At this time, both active material layer surfaces were positioned so as to face each other so that the positive electrode active material surface of the positive electrode did not deviate from the negative electrode active material surface of the negative electrode. Uncoated portions of the positive electrode and the negative electrode are bundled and spot-welded to produce a current collecting tab, and an electrode group is enclosed in an aluminum battery can (outside dimensions: 120 × 110 × 10 mm). . As the battery can, a battery can having a positive and negative current collecting terminal, a pressure release valve, and a non-aqueous electrolyte injection port at the lid portion was used. The current collecting tab and the current collecting terminal were connected by spot welding. Then, 20 mL of nonaqueous electrolyte solution was inject | poured into the battery can with which the electrode group was loaded, it was made to osmose | permeate electrode enough, and the inlet was sealed, and the battery was produced.

<過充電試験>
充放電サイクルを経ていない新たな電池に対して、25℃で電圧範囲4.1〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて5サイクル初期充放電を行った。
続いて同じく25℃環境下で過充電試験を行った。放電状態(3V)から3Cの定電流で充電を行い、その挙動を観測した。ここで、「開弁」は、ガス排出弁が作動し非水系電解液成分が放出される現象を表し、「破裂」は、電池容器が猛烈な勢いで破れ,内容物が強制的に放出される現象を表す。
過充電試験の結果を表1に示す。
<Overcharge test>
For a new battery that has not undergone a charge / discharge cycle, the voltage range is 4.1 to 3.0 V at 25 ° C., and the current value is 0.2 C (the current value that discharges the rated capacity with the discharge capacity of 1 hour rate in 1 hour. The initial charge / discharge was performed for 5 cycles at 1C.
Subsequently, an overcharge test was performed in the same 25 ° C. environment. Charging was performed at a constant current of 3 C from the discharged state (3 V), and the behavior was observed. Here, “valve opening” represents a phenomenon in which a gas discharge valve is activated and a non-aqueous electrolyte component is released, and “rupture” is a case where the battery container is torn violently and the contents are forcibly released. Represents a phenomenon.
The results of the overcharge test are shown in Table 1.

[実施例2]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとエチルトリフルオロエチルカーボネート(以下、ETFECともいう。)を体積比で3/6/1で混合した非水系電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
Example 1 except that a nonaqueous electrolytic solution in which ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, and ethyl trifluoroethyl carbonate (hereinafter also referred to as ETFEC) were mixed at a volume ratio of 3/6/1 was used in a dry argon atmosphere. Similarly, a battery was prepared and an overcharge test was performed. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
電気化学工業社製アセチレンブラック「デンカブラックHS−100」15重量部、及びポリビニルアルコール(平均重合度1700、ケン化度99%以上)2.7重量部と水82.3重量部を均一に分散させてスラリーを調製し、このスラリーを、実施例1で用いた厚み25μmの市販の三層セパレータの一方の表面に塗布した後、60℃で乾燥して、厚さ4.5μmの導電層を設けた。この導電層の表面電気抵抗は664Ωであった。また、セパレータの突き刺し強度は380g、空隙率は39%であった。得られたセパレータを用いた以外は実施例1と同様にして電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[Example 3]
15 parts by weight of acetylene black “Denka Black HS-100” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., 2.7 parts by weight of polyvinyl alcohol (average polymerization degree 1700, saponification degree 99% or more) and 82.3 parts by weight of water are uniformly dispersed. A slurry was prepared, and this slurry was applied to one surface of a commercially available three-layer separator having a thickness of 25 μm used in Example 1, and then dried at 60 ° C. to form a conductive layer having a thickness of 4.5 μm. Provided. The conductive layer had a surface electrical resistance of 664Ω. Further, the puncture strength of the separator was 380 g, and the porosity was 39%. A battery was prepared and an overcharge test was performed in the same manner as in Example 1 except that the obtained separator was used. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
実施例2で得た電解液と実施例3で得たセパレータを用いた以外は実施例1と同様にして電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
A battery was prepared and an overcharge test was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution obtained in Example 2 and the separator obtained in Example 3 were used. The results are shown in Table 1.

参考例5]
実施例1で用いた厚み25μmの市販の三層セパレータの一方の表面にAlスパッタリング処理を行って導電層を設けた。Al層の厚みは25nmであり、表面電気抵抗は26Ωであった。また、Al層を形成したセパレータの突き刺し強度は350g、空隙率は39%であった。得られたセパレータを用いた以外は実施例2と同様にして電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[ Reference Example 5]
One surface of a commercially available three-layer separator having a thickness of 25 μm used in Example 1 was subjected to Al sputtering treatment to provide a conductive layer. The thickness of the Al layer was 25 nm and the surface electrical resistance was 26Ω. Moreover, the piercing strength of the separator on which the Al layer was formed was 350 g, and the porosity was 39%. A battery was prepared in the same manner as in Example 2 except that the obtained separator was used, and an overcharge test was performed. The results are shown in Table 1.

[参考例6]
実施例2で得た電解液と参考例5で得たセパレータを用いた以外は実施例1と同様にして電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[Reference Example 6]
A battery was prepared and an overcharge test was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution obtained in Example 2 and the separator obtained in Reference Example 5 were used. The results are shown in Table 1.

参考例7]
実施例1で用いた厚み25μmの市販の三層セパレータの一方の表面にMoスパッタリング処理を行って導電層を設けた。Mo層の厚みは147nmであり、表面電気抵抗は11Ωであった。また、Mo層を形成したセパレータの突き刺し強度は310g、空隙率は38%であった。得られたセパレータを用いた以外は実施例1と同様にして電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[ Reference Example 7]
One surface of a commercially available three-layer separator having a thickness of 25 μm used in Example 1 was subjected to Mo sputtering treatment to provide a conductive layer. The thickness of the Mo layer was 147 nm and the surface electrical resistance was 11Ω. Further, the piercing strength of the separator formed with the Mo layer was 310 g, and the porosity was 38%. A battery was prepared and an overcharge test was performed in the same manner as in Example 1 except that the obtained separator was used. The results are shown in Table 1.

参考例8]
実施例2で得た電解液と参考例7で得たセパレータを用いた以外は実施例1と同様にして電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[ Reference Example 8]
A battery was prepared and an overcharge test was performed in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution obtained in Example 2 and the separator obtained in Reference Example 7 were used. The results are shown in Table 1.

参考例9]
参考例7で得たセパレータの導電層を負極に対向させる以外は参考例7と同様にして電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[ Reference Example 9]
A battery was prepared and an overcharge test was performed in the same manner as in Reference Example 7 except that the separator conductive layer obtained in Reference Example 7 was opposed to the negative electrode. The results are shown in Table 1.

参考例10]
実施例1で用いた厚み25μmの市販の三層セパレータを基材として、その両方の表面にMoスパッタリング処理を行って導電層を設けた。Mo層の厚みは両層とも147nmであり、表面電気抵抗は共に11Ωであった。また、セパレータの突き刺し強度は280g、空隙率は36%であった。得られたセパレータを用いて実施例1と同様に電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[ Reference Example 10]
Using a commercially available three-layer separator having a thickness of 25 μm used in Example 1 as a base material, Mo sputtering treatment was performed on both surfaces to provide a conductive layer. The thickness of the Mo layer was 147 nm in both layers, and the surface electrical resistance was 11Ω. Further, the puncture strength of the separator was 280 g, and the porosity was 36%. Using the obtained separator, a battery was prepared in the same manner as in Example 1, and an overcharge test was performed. The results are shown in Table 1.

[実施例11]
溶媒をエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとシス−4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート(以下、A3tともいう。)を体積比で2/7/1で混合したものにした以外は実施例1と同様に電池を作成して過充電評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 11]
Implementation was carried out except that the solvent was a mixture of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate and cis-4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate (hereinafter also referred to as A3t) at a volume ratio of 2/7/1. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 and overcharge evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

[実施例12]
溶媒をエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとシス−4,5−ジフルオロエチレンカーボネート(以下、c−DFEC)を体積比で2/7/1で混合したものにした以外は実施例1と同様に電池を作成して過充電評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 12]
A battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the solvent was ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and cis-4,5-difluoroethylene carbonate (hereinafter c-DFEC) mixed at a volume ratio of 2/7/1. An overcharge evaluation was made. The results are shown in Table 1.

〔実施例13〕
溶媒をエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとトランス−4,5−ジフルオロエチレンカーボネート(以下、t−DFEC)を体積比で2/7/1で混合したものにした以外は実施例1と同様に電池を作成して過充電評価を行った。結果を表1に示す。
Example 13
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the solvent was ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and trans-4,5-difluoroethylene carbonate (hereinafter, t-DFEC) mixed at a volume ratio of 2/7/1. An overcharge evaluation was made. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
セパレータとして実施例1の基材として用いた市販の三層セパレータ(ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン)をそのまま用いて、電解液としては乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比で3/7で混合した溶媒に、Li塩として十分に乾燥したLiPF6を1.0モル/リットル溶解したものを用いた以外は実施例1と同様に電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
The commercially available three-layer separator (polypropylene / polyethylene / polypropylene) used as the base material of Example 1 was used as the separator as it was, and the electrolyte was 3/7 by volume of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a dry argon atmosphere. A battery was prepared and subjected to an overcharge test in the same manner as in Example 1 except that 1.0 mol / liter of LiPF 6 sufficiently dried as a Li salt was dissolved in the solvent mixed in (1). The results are shown in Table 1.

[比較例2]
電解液として乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比で3/7で混合した溶媒に、Li塩として十分に乾燥したLiPF6を1.0モル/リットル溶解したものを用いた以外は実施例1と同様に電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
Except for using 1.0 mol / liter of LiPF 6 sufficiently dried as a Li salt dissolved in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3/7 in a dry argon atmosphere as an electrolytic solution. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 and an overcharge test was conducted. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
セパレータとして実施例1の基材として用いた市販の三層セパレータ(ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン)をそのまま用いた以外は実施例1と同様に電池を作成して過充電試験を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
A battery was prepared and an overcharge test was performed in the same manner as in Example 1 except that the commercially available three-layer separator (polypropylene / polyethylene / polypropylene) used as the base material of Example 1 was used as the separator. The results are shown in Table 1.

[実施例14]
実施例1と同様にして電池を作成した。充放電サイクルを経ていない新たな電池に対して、25℃で電圧範囲4.1〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて5サイクル初期充放電を行った。
続いて同じく25℃環境下で以下の手順による過充電試験を行った。初期充放電を行った10個の電池からなる電池モジュールを作成し、仮想的な不良電池モジュールとして他の電池よりも容量が低い電池を1個混在させる。電池が満充電状態(各電池の開放端電圧4.1V、想定される電池モジュールの開放端電圧は41V)から電流値5Cで定電流充電を行い、その挙動を観測した。電池モジュールには50Vの電圧が印加されたが容量の低い電池の開弁しか発生しなかった。
[Example 14]
A battery was prepared in the same manner as in Example 1. For a new battery that has not undergone a charge / discharge cycle, the voltage range is 4.1 to 3.0 V at 25 ° C., and the current value is 0.2 C (the current value that discharges the rated capacity with the discharge capacity of 1 hour rate in 1 hour. The initial charge / discharge was performed for 5 cycles at 1C.
Subsequently, an overcharge test was performed according to the following procedure in the same 25 ° C. environment. A battery module composed of 10 batteries subjected to initial charge / discharge is created, and one battery having a lower capacity than other batteries is mixed as a virtual defective battery module. The batteries were charged with a constant current at a current value of 5 C from the fully charged state (open end voltage of each battery 4.1 V, assumed open end voltage of the battery module 41 V), and the behavior was observed. A voltage of 50 V was applied to the battery module, but only a battery with a low capacity was opened.

[比較例4]
比較例1と同様にして作成した電池を使用した以外は実施例14と同様にして過充電試験を行った。電池モジュールには50Vの電圧が印加され、容量の低い電池が開弁後に破裂した。
[Comparative Example 4]
An overcharge test was conducted in the same manner as in Example 14 except that a battery prepared in the same manner as in Comparative Example 1 was used. A voltage of 50 V was applied to the battery module, and a battery with a low capacity burst after the valve was opened.

Figure 0005749904
Figure 0005749904

表1より、本発明によれば、数十Vの電圧が印加されるような過充電状態に至っても、短絡、爆発を防止しうる、安全性の高い非水系電解液二次電池が提供されることが明らかである。   From Table 1, according to the present invention, there is provided a highly safe non-aqueous electrolyte secondary battery that can prevent a short circuit and an explosion even when an overcharged state in which a voltage of several tens of volts is applied. It is clear that

Claims (10)

リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、セパレータと、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該セパレータは厚み(セパレータの両表面に導電層が形成されている場合は両表面の導電層の合計の厚み)が15μm以下の導電層を有し、該導電層の見掛け体積抵抗率が1×10-4Ω・cm乃至1×106Ω・cmで、該導電層が少なくとも炭素質材料を含み、かつ該非水系
電解液がフッ素化カーボネートを含有するものであることを特徴とする非水系電解液二次電池。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent, the separator has a thickness (separator In the case where conductive layers are formed on both surfaces, a conductive layer having a total thickness of the conductive layers on both surfaces) of 15 μm or less has an apparent volume resistivity of 1 × 10 −4 Ω · cm. 1 to 10 × 10 6 Ω · cm, the conductive layer contains at least a carbonaceous material , and the non-aqueous electrolyte contains a fluorinated carbonate.
リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、セパレータと、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該セパレータは厚み(セパレータの両表面に導電層が形成されている場合は両表面の導電層の合計の厚み)が15μm以下の導電層を有し、該導電層の体積抵抗率が1×10-6Ω・cm乃至1×106Ω・cmで、該導電層が少なくとも炭素質材料を含み、かつ該非水系電解液
がフッ素化カーボネートを含有するものであることを特徴とする非水系電解液二次電池。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent, the separator has a thickness (separator In the case where conductive layers are formed on both surfaces, a conductive layer having a total thickness of the conductive layers on both surfaces) of 15 μm or less has a volume resistivity of 1 × 10 −6 Ω · cm to A non-aqueous electrolyte secondary battery having a density of 1 × 10 6 Ω · cm, the conductive layer containing at least a carbonaceous material , and the non-aqueous electrolyte containing a fluorinated carbonate.
リチウムを吸蔵・放出することが可能な正極及び負極と、セパレータと、非水系溶媒に電解質を溶解してなる非水系電解液とを備える非水系電解液二次電池において、該セパレータは厚み(セパレータの両表面に導電層が形成されている場合は両表面の導電層の合計の厚み)が15μm以下の導電層を有し、該導電層の表面電気抵抗が1×10-2Ω乃至1×109Ωで、該導電層が少なくとも炭素質材料を含み、かつ該非水系電解液がフッ素化
カーボネートを含有するものであることを特徴とする非水系電解液二次電池。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent, the separator has a thickness (separator In the case where conductive layers are formed on both surfaces, a conductive layer having a total thickness of the conductive layers on both surfaces) of 15 μm or less has a surface electrical resistance of 1 × 10 −2 Ω to 1 × A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by 10 9 Ω , wherein the conductive layer contains at least a carbonaceous material , and the non-aqueous electrolyte contains a fluorinated carbonate.
記炭素質材料が、黒鉛、カーボンブラック、及び無定形炭素微粒子よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。 Before SL carbonaceous material, graphite, carbon black, and a non-aqueous electrolyte solution according to any one of claims 1 to 3, wherein the at least one selected from the group consisting of amorphous carbon particles Secondary battery. 前記セパレータの突き刺し強度が250g以上であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4 , wherein the piercing strength of the separator is 250 g or more. 前記フッ素化カーボネートが、一般式C=O(OR1)(OR2)(式中、R1及びR2
、それぞれ炭素数1または2のアルキル基であり、R1及びR2のうち少なくとも1方が1個以上のフッ素原子を有する)で表されるものであることを特徴とする請求項1乃至
何れか1項に記載の非水系電解液二次電池。
The fluorinated carbonate has the general formula C═O (OR 1 ) (OR 2 ) (wherein R 1 and R 2 are each an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and at least of R 1 and R 2 nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5 1-way is equal to or is represented by a) one or more fluorine atoms.
前記フッ素化カーボネートがエチレンカーボネートを構成する水素原子のうち、1個または2個をフッ素原子および/またはフッ化アルキル基で置換した化合物であることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の非水系電解液二次電池。 Of the hydrogen atoms wherein the fluorinated carbonate constituting ethylene carbonate, one or two of any of claims 1 to 6, characterized in that a compound obtained by substituting fluorine atom and / or a fluorinated alkyl group 1 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to item. 前記フッ素化カーボネートの含有量が、電解液中の体積割合として20%以下であることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の非水系電解液二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 7 , wherein the content of the fluorinated carbonate is 20% or less as a volume ratio in the electrolyte. 前記電解質が、LiPF6を含有し、かつその電解液中の濃度が0.5モル/リットル
以上2モル/リットル以下であることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の非水系電解液二次電池。
The electrolyte, containing LiPF 6, and according to any one of claims 1 to 8 concentration in the electrolytic solution is equal to or less than 0.5 mol / l or more 2 mol / l Non-aqueous electrolyte secondary battery.
請求項1乃至の何れか1項に記載の非水系電解液二次電池を5個以上直列に連結してなり、満充電に20V以上の電圧を必要とする非水系電解液二次電池モジュール。 Nonaqueous electrolyte secondary battery will be connected in series of five or more, a non-aqueous electrolyte secondary battery modules requiring 20V voltage higher than the full charge according to any one of claims 1 to 9 .
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